cząstka nominalna. Znaczenie słowa b-cząstka w terminologii medycznej Cząstka b

Od dziesięcioleci próbują znaleźć bozon Higgsa, ale jak dotąd bezskutecznie. Tymczasem bez tego kluczowe przepisy współczesna teoria mikrokosmosy wiszą w powietrzu.

Badanie cząstek rozpoczęło się nie tak dawno temu. W 1897 roku Joseph John Thomson odkrył elektron, a 20 lat później Ernest Rutherford udowodnił, że jądra wodoru są częścią jąder innych pierwiastków, a później nazwał je protonami. W latach 30. XX wieku odkryto neutron, mion i pozyton i przewidziano istnienie neutrina. W tym samym czasie Hideki Yukawa zbudował teorię sił jądrowych przenoszonych przez hipotetyczne cząstki setki razy cięższe od elektronu, ale znacznie lżejsze od protonu (mezony). W 1947 r. na płytach fotograficznych wystawionych na działanie promieni kosmicznych znaleziono ślady rozpadów mezonu pi (pion). Później odkryto inne mezony, a niektóre z nich są cięższe nie tylko od protonu, ale także od jądra helu. Fizycy odkryli również wiele barionów, ciężkich, a przez to niestabilnych krewnych protonu i neutronu. Dawno, dawno temu wszystkie te cząstki nazywano elementarnymi, ale taka terminologia od dawna jest nieaktualna. Obecnie za elementarne uważane są tylko cząstki niezłożone - fermiony (o spinie połówkowym - leptony i kwarki) oraz bozony (o spinie całkowitym - nośniki oddziaływań fundamentalnych).

Cząstki elementarne Modelu Standardowego

Grupa fermionowa (o spinie połówkowo całkowitym) składa się z leptonów i kwarków tzw. trzech pokoleń. Naładowane leptony to elektron i jego masywne odpowiedniki mion i cząstka tau (oraz ich antycząstki). Każdy lepton ma neutralnego partnera w postaci jednej z trzech odmian neutrin (również z antycząstkami). Rodzina bozonów, których spin wynosi 1, to cząstki przenoszące interakcje między kwarkami i leptonami. Niektóre z nich nie mają masy i ładunku elektrycznego – są to gluony, które zapewniają wiązania międzykwarkowe w mezonach i barionach oraz fotony, kwanty pola elektromagnetycznego. Słabe oddziaływania, przejawiające się w procesach rozpadu beta, zapewnia trio masywnych cząstek - dwie naładowane i jedna obojętna.

Poszczególne nazwy cząstek elementarnych i złożonych zwykle nie są kojarzone z nazwiskami konkretnych naukowców. Jednak prawie 40 lat temu przewidziano kolejną cząstkę elementarną, która została nazwana na cześć żywej osoby, szkockiego fizyka Petera Higgsa. Podobnie jak nośniki oddziaływań fundamentalnych ma spin całkowity i należy do klasy bozonów. Jednak jego spin wynosi nie 1, ale 0 i pod tym względem nie ma analogów. Od dziesięcioleci szukają jej w największych akceleratorach – zamkniętym w zeszłym roku amerykańskim Tevatronie i funkcjonującym obecnie Wielkim Zderzaczu Hadronów pod lupą światowych mediów. Bozon Higgsa jest przecież bardzo potrzebny współczesnej teorii mikroświata - Modelowi Standardowemu cząstek elementarnych. Jeśli nie uda się jej znaleźć, kluczowe zapisy tej teorii zawisną w powietrzu.

Symetrie skrajni

Początek drogi do bozonu Higgsa można wyliczyć z krótkiego artykułu opublikowanego w 1954 roku przez chińskiego fizyka Yang Zhenninga, który przeniósł się do Stanów Zjednoczonych, i jego kolegi z Brookhaven National Laboratory, Roberta Millsa. W tamtych latach eksperymentatorzy odkrywali coraz więcej nowych cząstek, których obfitości nie można było w żaden sposób wyjaśnić. W poszukiwaniu obiecujących pomysłów Yang i Mills postanowili przetestować możliwości bardzo ciekawej symetrii, która podlega elektrodynamice kwantowej. Do tego czasu teoria ta udowodniła swoją zdolność do dawania doskonałych wyników w zgodzie z doświadczeniem. Co prawda w trakcie niektórych obliczeń pojawiają się tam nieskończoności, ale można się ich pozbyć za pomocą matematycznej procedury zwanej renormalizacją.

Symetria, która zainteresowała Yanga i Millsa, została wprowadzona do fizyki w 1918 roku przez niemieckiego matematyka Hermanna Weyla. Nazwał to miernikiem i ta nazwa przetrwała do dziś. W elektrodynamice kwantowej symetria cechowania przejawia się w tym, że funkcja falowa elektronu swobodnego, która jest wektorem z częściami rzeczywistymi i urojonymi, może być w sposób ciągły obracana w każdym punkcie czasoprzestrzeni (dlatego symetrię nazywa się lokalną). ). Operacja ta (w języku formalnym - zmiana fazy funkcji falowej) prowadzi do tego, że w równaniu ruchu elektronu pojawiają się dodatki, które muszą być skompensowane, aby pozostało ważne. W tym celu wprowadza się tam dodatkowy termin, który opisuje pole elektromagnetyczne oddziałujące z elektronem. Kwantem tego pola jest foton, bezmasowa cząstka z jednostkowym spinem. Tak więc istnienie fotonów (a także stałość ładunku elektronu) wynika z lokalnej symetrii cechowania równania elektronów swobodnych. Możemy powiedzieć, że ta symetria dyktuje, że elektron oddziałuje z polem elektromagnetycznym. Każde przesunięcie fazowe staje się aktem takiego oddziaływania - na przykład emisja lub absorpcja fotonu.

Związek między symetrią cechowania a elektromagnetyzmem odkryto już w latach dwudziestych, ale nie wzbudził większego zainteresowania. Yang i Mills jako pierwsi wykorzystali tę symetrię do skonstruowania równań opisujących cząstki o innej naturze niż elektron. Zajęli dwa „najstarsze” bariony – proton i neutron. Chociaż cząstki te nie są identyczne, to w odniesieniu do sił jądrowych zachowują się niemal identycznie i mają prawie taką samą masę. W 1932 Werner Heisenberg wykazał, że proton i neutron można formalnie uznać za różne stany tej samej cząstki. Aby je opisać, wprowadził nową liczbę kwantową - spin izotopowy. Ponieważ silne oddziaływanie nie rozróżnia protonów i neutronów, zachowuje całkowity spin izotopowy, tak jak siła elektromagnetyczna zachowuje ładunek elektryczny.

Yang i Mills zastanawiali się, które lokalne przekształcenia cechowania zachowują symetrię izospinową. Było jasne, że nie mogą się one pokrywać z transformacjami cechowania elektrodynamiki kwantowej, choćby dlatego, że mówiliśmy już o dwóch cząstkach. Young i Mills przeanalizowali całość takich transformacji i odkryli, że generują one pola, których kwanty rzekomo przenoszą interakcje między protonami i neutronami. W tym przypadku były trzy kwanty: dwa naładowane (dodatnie i ujemnie) oraz jeden neutralny. Miały zerową masę i spin jednostkowy (czyli były bozonami wektorowymi) i poruszały się z prędkością światła.

Teoria pól B, jak nazwali je współautorzy, była bardzo piękna, ale nie wytrzymała próby doświadczenia. Neutralny bozon B można było zidentyfikować z fotonem, ale jego naładowane odpowiedniki zostały pominięte. Zgodnie z mechaniką kwantową tylko wystarczająco masywne cząstki wirtualne mogą być mediatorami w przenoszeniu sił bliskiego zasięgu. Promień sił jądrowych nie przekracza 10–13 cm, a bezmasowe bozony Yanga i Millsa wyraźnie nie mogą twierdzić, że są ich nośnikami. Ponadto eksperymentatorzy nigdy nie wykryli takich cząstek, chociaż w zasadzie naładowane bezmasowe bozony są łatwe do wykrycia. Yang i Mills udowodnili, że lokalne symetrie cechowania „na papierze” mogą generować pola sił o naturze nieelektromagnetycznej, ale fizyczna rzeczywistość tych pól była czystym przypuszczeniem.

Elektrosłaba dualność

Kolejny krok w kierunku bozonu Higgsa zrobiono w 1957 roku. Do tego czasu teoretycy (ci sami Yang i Li Zundao) założyli, a eksperymentatorzy udowodnili, że parzystość nie jest zachowana w rozpadach beta (innymi słowy, naruszona jest symetria lustrzana). Ten nieoczekiwany wynik zainteresował wielu fizyków, wśród których był Julian Schwinger, jeden z twórców elektrodynamiki kwantowej. Postawił hipotezę, że oddziaływania słabe między leptonami (nauka jeszcze nie dotarła do kwarków!) są przenoszone przez trzy bozony wektorowe - foton i parę naładowanych cząstek podobnych do bozonów B. Wynikało z tego, że te interakcje współgrają z siłami elektromagnetycznymi. Schwinger nie zajmował się już tym problemem, ale zasugerował to swojemu doktorantowi Sheldonowi Glashowowi.

Praca trwała cztery lata. Po awanturze nieudane próby Glashow zbudował model oddziaływań słabych i elektromagnetycznych oparty na ujednoliceniu symetrii cechowania pola elektromagnetycznego oraz pól Yanga i Millsa. Oprócz fotonu zawierał jeszcze trzy bozony wektorowe – dwa naładowane i jeden neutralny. Jednak te cząstki ponownie miały zerową masę, co stwarzało problem. Promień oddziaływania słabego jest o dwa rzędy wielkości mniejszy niż promień oddziaływania silnego, a tym bardziej wymaga bardzo masywnych mediatorów. Ponadto obecność neutralnego nośnika wymagała możliwości przejść beta, które nie zmieniają ładunku elektrycznego, a w tym czasie takie przejścia nie były znane. Z tego powodu, po opublikowaniu swojego modelu pod koniec 1961 roku, Glashow stracił zainteresowanie unifikacją słabych i elektromagnetycznych sił i przeszedł na inne tematy.

Hipoteza Schwingera zainteresowała także pakistańskiego teoretyka Abdusa Salama, który wraz z Johnem Wardem zbudował model podobny do Glashowa. Zetknął się również z bezmasowością bozonów cechowania, a nawet wymyślił sposób na jej wyeliminowanie. Salam wiedział, że ich mas nie można wprowadzić „ręcznie”, ponieważ teoria stała się nienormalna, ale miał nadzieję, że obejdzie tę trudność poprzez spontaniczne łamanie symetrii, tak aby rozwiązania równań ruchu bozonów nie miały cechowania. symetria związana z samymi równaniami. Tym zadaniem zainteresował się Amerykanin Steven Weinberg.

Ale w 1961 roku angielski fizyk Geoffrey Goldstone wykazał to w relatywistycznym ujęciu teorie kwantowe Spontaniczne łamanie symetrii pola wydaje się nieuchronnie generować cząstki bezmasowe. Salam i Weinberg próbowali obalić twierdzenie Goldstone'a, ale tylko wzmocnili je we własnej pracy. Zagadka wyglądała na nie do rozwiązania, a oni zwrócili się do innych dziedzin fizyki.

Higgs i inni

Pomoc nadeszła od specjalistów fizyki materii skondensowanej. W 1961 Yoichiro Nambu zauważył, że kiedy normalny metal przechodzi w stan nadprzewodnictwa, poprzednia symetria zostaje spontanicznie złamana, ale nie pojawiają się żadne cząstki bezmasowe. Dwa lata później Philip Anderson, używając tego samego przykładu, zauważył, że jeśli pole elektromagnetyczne nie jest zgodne z twierdzeniem Goldstone'a, to tego samego można oczekiwać od innych pól cechowania z lokalną symetrią. Przewidział nawet, że bozony Goldstone'a oraz pola Jang i Mills mogą w jakiś sposób znosić się nawzajem, pozostawiając po sobie masywne cząstki.

Ta przepowiednia okazała się prorocza. W 1964 roku został uniewinniony przez François Englerta i Rogera Broata, fizyków z Wolnego Uniwersytetu Brukselskiego, Petera Higgsa oraz Jerry'ego Guralnika, Roberta Hagena i Thomasa Kibble'a z Imperial College London. Nie tylko wykazali, że warunki stosowalności twierdzenia Goldstone'a nie są spełnione w polach Yanga–Millsa, ale także znaleźli sposób na zapewnienie wzbudzeń tych pól o niezerowej masie, co obecnie nazywa się mechanizmem Higgsa.

Te wspaniałe prace nie od razu zostały zauważone i docenione. Dopiero w 1967 roku Weinberg zbudował ujednolicony model oddziaływania elektrosłabego, w którym trio bozonów wektorowych zyskuje masę w oparciu o mechanizm Higgsa, a Salam zrobił to samo rok później. W 1971 roku Holender Martinus Veltman i Gerard „t Hooft udowodnili, że teoria ta poddaje się renormalizacji i dlatego ma wyraźne znaczenie fizyczne. Gargamelle(CERN, Szwajcaria) eksperymentatorzy zarejestrowali tzw. słabe prądy neutralne, wskazujące na istnienie nienaładowanego bozonu pośredniego (bezpośrednią rejestrację wszystkich trzech bozonów wektorowych przeprowadzono w CERN dopiero w latach 1982–1983). Glashow, Weinberg i Salam to dla niej nagrody Nobla w 1979 r. Veltman i „t Hooft – w 1999 r. Teoria ta (a wraz z nią bozon Higgsa) od dawna stanowi integralną część Modelu Standardowego cząstek elementarnych.

Mechanizm Higgsa

Mechanizm Higgsa opiera się na polach skalarnych z kwantami bezwirowymi - bozonami Higgsa. Uważa się, że powstały chwilę po Wielkim Wybuchu i teraz wypełniają cały Wszechświat. Takie pola mają najmniejszą energię o wartości niezerowej - to jest ich stan stabilny.

Często pisze się, że cząstki elementarne nabierają masy w wyniku hamowania polem Higgsa, ale jest to analogia zbyt mechanistyczna. Teoria elektrosłaba obejmuje cztery pola Higgsa (każde z własnymi kwantami) i cztery bozony wektorowe – dwa neutralne i dwa naładowane, które same w sobie nie mają masy. Trzy bozony, zarówno naładowane, jak i jeden neutralny, pochłaniają jednego Higgsa, w wyniku czego nabierają masy i zdolności do przenoszenia sił bliskiego zasięgu (oznaczają je symbolami W + , W - i Z 0). Ostatni bozon niczego nie absorbuje i pozostaje bezmasowy – to foton. „Zjedzonych” Higgsów nie da się zaobserwować (fizycy nazywają ich „duchami”), podczas gdy ich czwartorzędowy kuzyn powinien być obserwowany przy energiach wystarczających do jego narodzin. Ogólnie są to dokładnie te procesy, które udało się przewidzieć Andersonowi.

nieuchwytna cząstka

Pierwsze poważne próby wyłapania bozonu Higgsa podjęto na przełomie XX i XXI wieku w Wielkim Zderzaczu Elektron-Pozytron ( Duży zderzacz elektronów i pozytonów, LEP) w CERN. Eksperymenty te były naprawdę łabędzim śpiewem niezwykłego obiektu, na którym z niespotykaną dotąd dokładnością określano masy i czas życia ciężkich bozonów wektorowych.

Model Standardowy umożliwia przewidywanie kanałów powstawania i rozpadu bozonu Higgsa, ale nie pozwala na obliczenie jego masy (która, nawiasem mówiąc, wynika z jego zdolności do samosforsowania). Według najogólniejszych szacunków powinna wynosić nie mniej niż 8–10 GeV i więcej niż 1000 GeV. Na początku sesji w LEP większość fizyków uważała, że ​​najbardziej prawdopodobny zakres to 100–250 GeV. Eksperymenty LEP podniosły dolny próg do 114,4 GeV. Wielu ekspertów wierzyło i wierzy, że gdyby ten akcelerator działał dłużej i zwiększył energię zderzających się wiązek o dziesięć procent (co było technicznie możliwe), bozon Higgsa mógłby zostać zarejestrowany. Kierownictwo CERN nie chciało jednak opóźniać uruchomienia Wielkiego Zderzacza Hadronów, który miał powstać w tym samym tunelu, a pod koniec 2000 roku LEP został zamknięty.

Pióro bozonowe

Liczne eksperymenty, jeden po drugim, wykluczyły możliwe zakresy mas bozonu Higgsa. Dolny próg ustalono na akceleratorze LEP - 114,4 GeV. W Tevatronie wykluczono masy przekraczające 150 GeV. Później zakresy mas zostały doprecyzowane do 115–135 GeV, a górna granica została przesunięta do 130 GeV w CERN w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Tak więc bozon Higgsa Modelu Standardowego, jeśli istnieje, jest zamknięty w dość wąskich granicach masy.


Kolejne cykle poszukiwań przeprowadzono w Tevatronie (na detektorach CDF i DZero) oraz w LHC. Jak powiedział premierowi Dmitry Denisov, jeden z liderów współpracy DZero, Tevatron zaczął zbierać statystyki dotyczące Higgsa w 2007 roku: „Chociaż energii było wystarczająco dużo, było wiele trudności. Zderzenie elektronów i pozytonów jest „najczystszym” sposobem na złapanie Higgsa, ponieważ cząstki te nie mają wewnętrznej struktury. Na przykład podczas anihilacji pary elektron-pozyton o wysokiej energii rodzi się bozon Z 0, który emituje Higgsa bez tła (jednak w tym przypadku możliwe są jeszcze bardziej brudne reakcje). My natomiast zderzyliśmy protony i antyprotony, luźne cząstki składające się z kwarków i gluonów. Aby główne zadanie- podkreśl narodziny Higgsa na tle wielu podobnych reakcji. Podobny problem występuje w zespołach LHC”.

Ślady niewidzialnych bestii

Istnieją cztery główne sposoby (jak mówią fizycy, kanały) narodzin bozonu Higgsa.

Głównym kanałem jest fuzja gluonów (gg) w zderzeniu protonów i antyprotonów, które oddziałują poprzez pętle ciężkich kwarków górnych.
Drugi kanał to fuzja wirtualnych bozonów wektorowych WW lub ZZ(WZ) emitowanych i absorbowanych przez kwarki.
Trzecim kanałem produkcji bozonu Higgsa jest tzw. produkcja asocjacyjna (wraz z bozonem W lub Z). Ten proces jest czasami nazywany Przesunięcie(podobny do niemieckiego terminu bremsstrahlung- bremsstrahlung).
I wreszcie, czwarta to fuzja kwarka górnego i antykwarka (produkcja asocjacyjna razem z kwarkami górnymi, tt) z dwóch par kwark-antykwark górny generowanych przez gluony.


„W grudniu 2011 r. z LHC nadeszły nowe wiadomości”, kontynuuje Dmitrij Denisow. - Oni albo szukali próchnicy Higgsa Top-kwark i jego antykwark, które anihilują i zamieniają się w parę kwantów gamma lub w dwa bozony Z 0, z których każdy rozpada się na elektron i pozyton lub mion i antymion. Uzyskane dane sugerują, że bozon Higgsa przyciąga około 124–126 GeV, ale to nie wystarcza do wyciągnięcia ostatecznych wniosków. Teraz zarówno nasza współpraca, jak i fizycy w CERN kontynuują analizę wyników eksperymentów. Możliwe, że my i oni wkrótce dojdziemy do nowych wniosków, które zostaną zaprezentowane 4 marca na międzynarodowej konferencji we włoskich Alpach i mam przeczucie, że nie będziecie się tam nudzić.”

Bozon Higgsa i koniec świata

Tak więc w tym roku możemy spodziewać się albo odkrycia bozonu Higgsa z Modelu Standardowego, albo jego, że tak powiem, anulowania. Oczywiście druga opcja stworzy zapotrzebowanie na nowe modele fizyczne, ale to samo może się zdarzyć w pierwszym przypadku! W każdym razie tak uważa jeden z najbardziej autorytatywnych ekspertów w tej dziedzinie, John Ellis, profesor w King's College London. Jego zdaniem odkrycie „lekkiego” (nie masywnego niż 130 GeV) bozonu Higgsa stworzy nieprzyjemny problem dla kosmologii. Będzie to oznaczało, że nasz Wszechświat jest niestabilny i pewnego dnia (być może nawet w każdej chwili) przejdzie w nowy stan z mniejszą energią. Wtedy nastąpi koniec świata - w samym pełne znaczenie to słowo. Pozostaje mieć nadzieję, że albo bozon Higgsa nie zostanie znaleziony, albo Ellis się myli, albo Wszechświat trochę opóźni samobójstwo.

Bariony (z greckiego „baris” – ciężkie) to ciężkie cząstki elementarne, silnie oddziałujące fermiony, składające się z trzech kwarków. Najbardziej stabilnymi barionami są proton i neutron. Główne bariony to: proton (uud), antyproton, neutron (ddu), antyneutron, hiperion lambda, hiperion sigma, hiperion xi, hiperion omega.

Pracownicy międzynarodowej współpracy DZero w Fermi National Accelerator Laboratory, będącym częścią systemu amerykańskich ośrodków badawczych, odkryli nową cząstkę elementarną – barion. Cząstka, nazwana „xi-bi-minus barion” (Ξ-b), jest na swój sposób wyjątkowa. To nie jest kolejny barion zawierający kwark b, ale pierwsza cząstka zawierająca trzy kwarki z trzech różnych rodzin - kwark d, kwark s i kwark b.

Ma też inne imię - „cascade-bi”. Barion ma ładunek ujemny i jest około sześć razy masywniejszy od protonu (masa cząstek 5,774±0,019 GeV).

Aby zarejestrować nową cząstkę, naukowcy musieli przeanalizować ślady w ciągu pięciu lat działania akceleratora. W rezultacie znaleziono 19 zdarzeń, które wskazywały na powstanie nowego barionu.

Wcześniej naukowcy uzyskali już barion składający się z trzech różnych kwarków - barion lambda-bi, składający się z kwarka u-, d- i b-, ale zawiera tylko dwie generacje kwarków (patrz wstawka).

W ten sposób po raz pierwszy w historii fizyki wysokich energii odkryto barion składający się z kwarków trzech pokoleń lub rodzin. Dwukaskada składa się z jednego kwarka d (kwark „dolny” należący do pierwszej rodziny), jednego kwarka s (kwark „dziwny”, druga rodzina) i jednego kwarka b (kwark „czarny”, trzecia rodzina). Dlatego nowa cząstka Ξ-b jest naprawdę wyjątkowa.

Co ciekawe, chociaż współpraca opiera się na Fermilabie, który posiada potężny akcelerator Tevatron, obecnego odkrycia dokonano w Europie - w Wielkim Zderzaczu Elektron-Pozytron w CERN (LEP)

W ten sposób naukowcy kontynuują poszukiwania na „drugim piętrze” piramidy barionowej, odkrywając bariony zawierające jeden „piękny” lub „dolny” kwark (b).

Po raz pierwszy takie cząstki Odebrane także zespół z Fermilab. W ubiegłym roku organizacja CDF International Collaboration, prowadząca eksperymenty w Fermi National Accelerator Laboratory w Departamencie Energii, ogłosiła odkrycie dwóch nowych cząstek elementarnych należących do klasy barionów o nazwach Σ + b i Σ-b.

W eksperymentach fizycy zderzali protony z antyprotonami, przyspieszając je w Tevatronie, najpotężniejszym obecnie akceleratorze.

Eksperymenty są przeprowadzane na tym akceleratorze, gdy wiązka protonów o energii 1 TeV zderza się z wiązką zderzającą się z antyprotonami o tej samej energii. W zderzeniu z taką energią pojawił się kwark b, który następnie w interakcji z kwarkami protonów i antyprotonów utworzył dwie nowe cząstki.

W eksperymencie zarejestrowano 103 zdarzenia związane z narodzinami dodatnio naładowanego cząstki u-u-b(Σ+b) i 134 urodzeń naładowanych ujemnie cząstki d-d-b(Σ-b). Aby wykryć tak wiele zdarzeń, naukowcy musieli przeanalizować ślady 100 bilionów zderzeń w ciągu pięciu lat działania Tevatrona.

Od około 1000 sekund (dla wolnego neutronu) do pomijalnego ułamka sekundy (od 10-24 do 10-22 s dla rezonansów).

Strukturę i zachowanie cząstek elementarnych bada fizyka cząstek elementarnych.

Wszystkie cząstki elementarne podlegają zasadzie identyczności (wszystkie cząstki elementarne tego samego typu we Wszechświecie są całkowicie identyczne we wszystkich swoich właściwościach) oraz zasadzie dualizmu korpuskularno-falowego (każda cząstka elementarna odpowiada fali de Brogliego).

Wszystkie cząstki elementarne mają właściwość interkonwertowalności, która jest konsekwencją ich oddziaływań: silnego, elektromagnetycznego, słabego, grawitacyjnego. Oddziaływania cząstek powodują przemiany cząstek i ich agregatów w inne cząstki i ich agregaty, o ile takich przemian nie zabraniają prawa zachowania energii, pędu, momentu pędu, ładunku elektrycznego, ładunku barionowego itp.

Główne cechy cząstek elementarnych: czas życia , masa , spin , ładunek elektryczny , moment magnetyczny , ładunek barionowy , ładunek leptonowy , obcość , spin izotopowy , parzystość , parzystość ładunku , G-parity , CP-parity .

Klasyfikacja

Przez całe życie

  • Stabilne cząstki elementarne - cząstki, które mają nieskończenie długi czas życia w stanie swobodnym (proton, elektron, neutrino, foton i ich antycząstki).
  • Niestabilne cząstki elementarne - cząstki rozpadające się na inne cząstki w stanie swobodnym w skończonym czasie (wszystkie inne cząstki).

Według wagi

Wszystkie cząstki elementarne dzielą się na dwie klasy:

  • Cząstki bezmasowe - cząstki o zerowej masie (foton, gluon).
  • Cząstki o masie niezerowej (wszystkie inne cząstki).

Rozmiar z tyłu

Wszystkie cząstki elementarne dzielą się na dwie klasy:

Według rodzaju interakcji

Cząstki elementarne dzielą się na następujące grupy:

Cząstki kompozytowe

  • Hadrony to cząstki biorące udział we wszelkiego rodzaju fundamentalnych oddziaływaniach. Składają się z kwarków i dzielą się z kolei na:
    • mezony - hadrony o spinie całkowitym, czyli będące bozonami;
    • bariony to hadrony o spinie połówkowym, czyli fermiony. Należą do nich w szczególności cząstki tworzące jądro atomu - proton i neutron.

Cząstki podstawowe (bezstrukturalne)

  • Leptony to fermiony, które wyglądają jak cząstki punktowe (czyli nie składają się z niczego) do skali rzędu 10-18 m. Nie uczestniczą w oddziaływaniach silnych. Udział w oddziaływaniach elektromagnetycznych zaobserwowano eksperymentalnie tylko dla naładowanych leptonów (elektronów, mionów, tau leptonów), a nie zaobserwowano dla neutrin. Znanych jest 6 rodzajów leptonów.
  • Kwarki to ułamkowo naładowane cząstki, które tworzą hadrony. Nie zaobserwowano ich w stanie wolnym (zaproponowano mechanizm odosobnienia, aby wyjaśnić brak takich obserwacji). Podobnie jak leptony dzielą się na 6 typów i uważane są za bezstrukturalne, jednak w przeciwieństwie do leptonów uczestniczą w oddziaływaniu silnym.
  • Bozony wskaźnikowe - cząstki, poprzez wymianę których przeprowadzane są oddziaływania:
    • foton - cząstka przenosząca oddziaływanie elektromagnetyczne;
    • osiem gluonów, cząstek przenoszących silną siłę;
    • trzy pośrednie bozony wektorowe W + , W− i Z 0 , przenoszący słabą interakcję ;
    • grawiton to hipotetyczna cząstka, która przenosi oddziaływanie grawitacyjne. Istnienie grawitonów, chociaż jeszcze nie udowodnione eksperymentalnie ze względu na słabość oddziaływania grawitacyjnego, uważane jest za całkiem prawdopodobne; jednak grawiton nie jest zawarty w Modelu Standardowym cząstek elementarnych.

Rozmiary cząstek elementarnych

Pomimo dużej różnorodności cząstek elementarnych, ich rozmiary mieszczą się w dwóch grupach. Wymiary hadronów (zarówno barionów, jak i mezonów) wynoszą około 10-15 m, co jest zbliżone do średniej odległości między ich kwarkami. Wielkości fundamentalnych, bezstrukturalnych cząstek - bozonów cechowania, kwarków i leptonów - w granicach błędu eksperymentalnego są zgodne z ich charakterem punktowym (górna granica średnicy wynosi około 10-18 m) ( zobacz wyjaśnienie). Jeśli ostateczne rozmiary tych cząstek nie zostaną znalezione w dalszych eksperymentach, może to wskazywać, że rozmiary bozonów cechowania, kwarków i leptonów są zbliżone do długości fundamentalnej (która z dużym prawdopodobieństwem może okazać się długością Plancka równą 1,6 10). -35 m).

Należy jednak zauważyć, że wielkość cząstki elementarnej jest pojęciem dość złożonym, nie zawsze zgodnym z pojęciami klasycznymi. Po pierwsze, zasada nieoznaczoności nie pozwala na ścisłe zlokalizowanie cząstki fizycznej. Paczka falowa, reprezentująca cząstkę jako superpozycję precyzyjnie zlokalizowanych stanów kwantowych, zawsze ma skończone wymiary i pewną strukturę przestrzenną, a wymiary paczki mogą być dość makroskopowe – np. elektron w eksperymencie z interferencją na dwóch szczelinach „czuje” obie szczeliny interferometru oddzielone odległością makroskopową. Po drugie, fizyczna cząstka zmienia strukturę próżni wokół siebie, tworząc „futro” krótkotrwałych wirtualnych cząstek - par fermion-antyfermion (patrz Polaryzacja próżni) i bozonów-nośników oddziaływań. Przestrzenne wymiary tego obszaru zależą od ładunków cechowania, jakie posiada cząstka, oraz od mas pośrednich bozonów (promień powłoki masywnych wirtualnych bozonów jest zbliżony do ich długości fali Comptona, co z kolei jest odwrotnie proporcjonalne do ich masa). Tak więc promień elektronu z punktu widzenia neutrin (możliwe tylko słabe oddziaływanie między nimi) jest w przybliżeniu równy długości fali Comptona bozonów W, ~3 × 10 −18 m, a wymiary obszaru oddziaływanie silne hadronu jest określone przez długość fali Comptona najlżejszego z hadronów, mezonu pi (~10 -15 m ), który działa tutaj jako nośnik interakcji.

Fabuła

Początkowo termin „cząstka elementarna” oznaczał coś absolutnie elementarnego, pierwszą cegłę materii. Kiedy jednak w latach 50. i 60. odkryto setki hadronów o podobnych właściwościach, stało się jasne, że przynajmniej hadrony mają wewnętrzne stopnie swobody, czyli nie są w ścisłym tego słowa znaczeniu elementarne. Podejrzenie to zostało później potwierdzone, gdy okazało się, że hadrony składają się z kwarków.

W ten sposób fizycy weszli nieco głębiej w strukturę materii: najbardziej elementarne, punktowe części materii uważa się obecnie za leptony i kwarki. Dla nich (wraz z bozonami cechowania) termin „ fundamentalny cząstki".

Teoria strun, rozwijana aktywnie od połowy lat 80., zakłada, że ​​cząstki elementarne i ich interakcje są konsekwencjami różnego rodzaju wibracje szczególnie małych „strun”.

model standardowy

Model Standardowy cząstek elementarnych obejmuje 12 smaków fermionów, odpowiadające im antycząstki, a także bozony cechowania (foton, gluony, W- oraz Z-bozony), które przenoszą interakcje między cząstkami, oraz odkryty w 2012 roku bozon Higgsa, który odpowiada za obecność masy bezwładnej w cząstkach. Jednak Model Standardowy jest w dużej mierze uważany za teorię tymczasową, a nie prawdziwie fundamentalną, ponieważ nie uwzględnia grawitacji i zawiera kilkadziesiąt parametrów swobodnych (masy cząstek itp.), których wartości nie wynikają bezpośrednio z teorii. Być może istnieją cząstki elementarne, które nie są opisane przez Model Standardowy - na przykład grawiton (cząstka, która hipotetycznie przenosi siły grawitacyjne) lub supersymetryczni partnerzy zwykłych cząstek. W sumie model opisuje 61 cząstek.

Fermiony

12 smaków fermionów jest podzielonych na 3 rodziny (generacje) po 4 cząsteczki każda. Sześć z nich to kwarki. Pozostałe sześć to leptony, z których trzy to neutrina, a pozostałe trzy niosą jednostkowy ładunek ujemny: elektron, mion i lepton tau.

Generacje cząstek
Pierwsza generacja Drugie pokolenie trzecia generacja
Elektron: mi- Mion: μ − Lepton Tau: τ −
Neutrino elektronowe: v e Neutrino mionowe: ν μ Neutrino taonowe: ν τ (\ Displaystyle \ nu _ (\ tau ))
u-kwark ("góra"): ty c-kwark („zaczarowany”): c t-kwark ("prawda"): t
d-kwark („dół”): d s-kwark ("dziwne"): s b-kwark ("czarujący"): b

antycząstki

Istnieje również 12 antycząstek fermionowych odpowiadających powyższym dwunastu cząstkom.

antycząstki
Pierwsza generacja Drugie pokolenie trzecia generacja
pozyton: e + Mion dodatni: μ + Pozytywny lepton tau: τ +
Elektroniczne antyneutrino: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e)) Antyneutrino mionowe: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu))_(\mu)) Antyneutrino tau: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu))_(\tau))
ty-antykwark: u ¯ (\displaystyle (\bar(u))) c-antykwark: do ¯ (\displaystyle (\bar (c))) t-antykwark: t ¯ (\displaystyle (\bar(t)))
d-antykwark: d ¯ (\displaystyle (\bar (d))) s-antykwark: s ¯ (\displaystyle (\bar (s))) b-antykwark: b ¯ (\displaystyle (\bar (b)))

Kwarki

Kwarki i antykwarki nigdy nie odnaleziono w stanie wolnym – tłumaczy się to fenomenem

promienie alfa(a)- dodatnio naładowane jony helu (He ++), wylatujące z jąder atomowych z prędkością 14 000-20 000 km/h. Energia cząstek wynosi 4-9 MeV. Promieniowanie a obserwuje się z reguły w ciężkich i głównie naturalnych pierwiastkach promieniotwórczych (rad, tor itp.). Zasięg cząstki α w powietrzu wzrasta wraz ze wzrostem energii promieniowania α.

Na przykład, a-cząstki toru(Th232), o energii 3,9 V MeV, przebiegają 2,6 cm w powietrzu, a cząstki a radu C o energii 7,68 MeV mają przebieg 6,97 cm. Minimalna grubość absorbera wymagana do całkowitej absorpcji cząstek nazywa się uruchomić te cząstki w danej substancji. Zakresy cząstek a w wodzie i tkance wynoszą 0,02-0,06 mm.

cząstki a całkowicie wchłonięty przez kawałek bibuły lub cienką warstwę aluminium. Jeden z najważniejsze właściwości Promieniowanie a jest silnym efektem jonizującym. Na drodze ruchu cząsteczka a w gazach tworzy ogromną liczbę jonów. Na przykład w powietrzu pod ciśnieniem 15° i 750 mm jedna cząstka a wytwarza 150 000–250 000 par jonów, w zależności od swojej energii.

Na przykład specyficzna jonizacja w powietrzu cząstki a z radonu, o energii 5,49 MeV, to 2500 par jonów na 1 mm drogi. Gęstość jonizacji na końcu serii cząstek α ​​wzrasta, więc uszkodzenie komórek na końcu serii jest około 2 razy większe niż na początku serii.

Właściwości fizyczne cząstki a określić cechy ich biologicznego wpływu na organizm i metody ochrony przed tego rodzaju promieniowaniem. Zewnętrzne napromieniowanie promieniami a nie jest niebezpieczne, wystarczy oddalić się od źródła o kilka (10-20) centymetrów lub zainstalować prosty ekran wykonany z papieru, tkaniny, aluminium i innych powszechnych materiałów, aby promieniowanie było całkowicie wchłonięty.

najwspanialszy niebezpieczne promienie reprezentują po uderzeniu i osadzeniu wewnątrz radioaktywnych elementów emitujących promieniowanie a. W takich przypadkach komórki i tkanki ciała są bezpośrednio napromieniowane promieniami a.

Beta(b)-promienie- strumień elektronów wyrzucanych z jąder atomowych z prędkością około 100 000-300 000 km/s. Maksymalna energia cząstek p mieści się w zakresie od 0,01 do 10 MeV. Ładunek cząstki b jest równy pod względem znaku i wielkości ładunku elektronu. Przemiany promieniotwórcze typu b-decay są szeroko rozpowszechnione wśród naturalnych i sztucznych pierwiastków promieniotwórczych.

promienie mają znacznie większą siłę przenikania niż promienie a-ray. W zależności od energii promieni b ich zasięg w powietrzu waha się od ułamków milimetra do kilku metrów. Tak więc zasięg cząstek b o energii 2-3 MeV w powietrzu wynosi 10-15 m, aw wodzie i tkance jest mierzony w milimetrach. Na przykład, zasięg cząstek b emitowanych przez radioaktywny fosfor (P32) o maksymalnej energii 1,7 MeV w tkance wynosi 8 mm.

b-cząstka z energią, równy 1 MeV, może tworzyć około 30 000 par jonów w drodze w powietrzu. Zdolność jonizacyjna cząstek β jest kilkakrotnie mniejsza niż cząstek α ​​o tej samej energii.

Ekspozycja na promienie B na ciele może objawiać się zarówno napromieniowaniem zewnętrznym, jak i wewnętrznym, w przypadku spożycia substancji czynnych emitujących cząstki b do organizmu. W celu ochrony przed promieniowaniem b podczas naświetlania zewnętrznego konieczne jest zastosowanie ekranów wykonanych z materiałów (szkło, aluminium, ołów itp.). Natężenie promieniowania można zmniejszyć, zwiększając odległość od źródła.

Z czego zbudowane są jądra? Jak są utrzymywane razem części jądra? Stwierdzono, że istnieją siły o ogromnych rozmiarach, które utrzymują części składowe jądra. Kiedy te siły zostaną uwolnione, uwolniona energia jest ogromna w porównaniu z energią chemiczną, to jak porównanie wybuchu bomby atomowej z wybuchem TNT. Wyjaśnia to fakt, że eksplozja atomowa jest spowodowana zmianami wewnątrz jądra, podczas gdy podczas eksplozji TNT tylko elektrony na zewnętrznej powłoce atomu ulegają przegrupowaniu.

Więc jakie są siły, które utrzymują razem neutrony i protony w jądrze?

Oddziaływanie elektryczne jest związane z cząstką - fotonem. Podobnie Yukawa zasugerował, że siły przyciągania między protonem a neutronem mają specjalny rodzaj pola, a oscylacje tego pola zachowują się jak cząstki. Oznacza to, że możliwe jest, że oprócz neutronów i protonów na świecie są jeszcze inne cząstki. Yukawa był w stanie wydedukować właściwości tych cząstek na podstawie znanych już charakterystyk sił jądrowych. Na przykład przewidział, że powinny mieć masę 200-300 razy większą niż elektron. I och, cud!- właśnie w promieniowaniu kosmicznym odkryto cząsteczkę o takiej masie! Jednak nieco później okazało się, że to wcale nie była ta sama cząstka. Nazywali to mionem lub mionem.

A jednak nieco później, w 1947 lub 1948 roku, odkryto cząstkę, mezon π lub pion, która spełniała wymagania Yukawy. Okazuje się, że aby uzyskać siły jądrowe, do protonu i neutronu należy dodać pion. "Wspaniale! - wykrzykniesz - Za pomocą tej teorii zbudujemy teraz kwantową dynamikę jądrową, a piony będą służyły celom, do których Yukawa je wprowadził; Zobaczmy, czy ta teoria działa, a jeśli tak, wyjaśnimy wszystko. Próżne nadzieje! Okazało się, że obliczenia w tej teorii są tak skomplikowane, że nikomu jeszcze nie udało się ich wykonać i wyciągnąć z teorii żadnych konsekwencji, nikt nie miał szczęścia porównać jej z eksperymentem. I to już prawie 20 lat!

Coś nie trzyma się teorii; nie wiemy, czy to prawda, czy nie; już jednak wiemy, że czegoś w nim brakuje, że czają się w nim jakieś nieprawidłowości. Podczas gdy my deptaliśmy teorię, próbując obliczyć konsekwencje, eksperymentatorzy odkryli w tym czasie coś. Cóż, ten sam mezon μ, czyli mion. I nadal nie wiemy, do czego to służy. Ponownie, w promieniowaniu kosmicznym znaleziono wiele „dodatkowych” cząstek. Do tej pory jest ich już ponad 30, a związek między nimi wciąż jest trudny do uchwycenia i nie jest jasne, czego natura od nich chce i który z nich zależy od kogo. Przed nami wszystkie te cząstki nie pojawiają się jeszcze jako różne przejawy tej samej esencji, a fakt, że istnieje kilka różnych cząstek, jest tylko odzwierciedleniem obecności niespójnej informacji bez tolerowanej teorii. Po niewątpliwych sukcesach elektrodynamiki kwantowej - jakiś zestaw informacji z fizyki jądrowej, skrawki wiedzy, na wpół doświadczonych, na wpół teoretycznych. Są pytani, powiedzmy, o naturę interakcji protonu z neutronem i patrzą, co z tego wyniknie, nie rozumiejąc, skąd te siły pochodzą. Poza tym, co zostało opisane, nie nastąpił znaczący postęp.


Ale pierwiastki chemiczne w końcu było ich też wiele i nagle między nimi można było dostrzec związek wyrażony przez układ okresowy Mendelejewa. Załóżmy, że potas i sód - substancje o podobnych właściwościach chemicznych - w tabeli wpadły do ​​​​jednej kolumny. Więc próbowaliśmy zbudować tablicę jak układ okresowy dla nowych cząstek. Jeden taki stół został zaproponowany niezależnie przez Gell-Manna w USA i Nishijimę w Japonii. Podstawą ich klasyfikacji jest nowa liczba, podobnie jak ładunek elektryczny. Jest ona przypisana do każdej cząstki i nazywana jej „dziwnością” S. Liczba ta nie zmienia się (podobnie jak ładunek elektryczny) w reakcjach wytwarzanych przez siły jądrowe.

W tabeli. 2.2 pokazuje nowe cząstki. Na razie nie będziemy o nich mówić szczegółowo. Ale tabela przynajmniej pokazuje, jak mało jeszcze wiemy. Pod symbolem każdej cząstki znajduje się jej masa wyrażona w pewnych jednostkach zwanych megaelektronowoltami lub MeV (1 MeV to 1,782 * 10 -27 G). Nie będziemy wchodzić w przyczyny historyczne, które wymusiły wprowadzenie tej jednostki. W powyższej tabeli cząstki są bardziej masywne. W jednej kolumnie znajdują się cząstki o tym samym ładunku elektrycznym, obojętne - pośrodku, dodatnie - po prawej, ujemne - po lewej.

Cząsteczki podkreślono linią ciągłą, "rezonanse" - pociągnięciami. W tabeli w ogóle nie ma cząstek: nie ma fotonu i grawitonu, bardzo ważnych cząstek o zerowej masie i ładunku (nie mieszczą się one w schemacie klasyfikacji barion-mezon-lepton) i nie ma nowych rezonansów (φ , f, Y * itd.). W tabeli podano antycząstki mezonów, a dla antycząstek leptonów i barionów należałoby sporządzić nową tabelę podobną do tej, ale tylko lustrzaną względem kolumny zerowej. Chociaż wszystkie cząstki, z wyjątkiem elektronu, neutrina, fotonu, grawitonu i protonu, są niestabilne, to ich produkty rozpadu są zapisywane tylko dla rezonansów. Obcość leptonów również nie jest napisana, ponieważ ta koncepcja nie ma do nich zastosowania - nie oddziałują one silnie z jądrami.

Cząstki, które są razem z neutronem i protonem, nazywane są barionami. To „lambda” o masie 1115,4 MeV i trzy inne „sigma”, zwane sigma-minus, sigma-zero, sigma-plus, o prawie takich samych masach. Grupy cząstek o prawie tej samej masie (różnica o 1-2%) nazywane są multipletami. Wszystkie cząstki w multiplecie mają tę samą dziwność. Pierwszym multipletem jest para (dublet) proton - neutron, następnie singlet (pojedyncza) lambda, następnie triplet (potrójna) sigma, dublet xi i singlet omega-minus. Począwszy od 1961 r. zaczęto odkrywać nowe ciężkie cząstki. Ale czy są to cząstki? Mają one tak krótką żywotność (rozpadają się, gdy tylko się uformują), że nie wiadomo, czy nazwać je nowymi cząstkami, czy uznać je za „rezonansowe” oddziaływanie między ich produktami rozpadu, powiedzmy Λ i π w pewnym ustalonym energia.

Do oddziaływań jądrowych oprócz barionów potrzebne są inne cząstki - mezony. Są to po pierwsze trzy odmiany pionów (plus, zero i minus), tworzące nową trójkę. Znaleziono również nowe cząstki - mezony K (jest to dublet K+ i K 0 ). Każda cząstka ma antycząstkę, chyba że cząstka jest swoją własną antycząstką, powiedzmy π+ i π- są nawzajem antycząstkami, a π 0 jest własną antycząstką. Antycząstki i K- z K + i K 0 z K 0 `. Ponadto, po 1961 roku zaczęliśmy odkrywać nowe mezony, czyli rodzaj mezonów, które rozkładają się niemal natychmiast. Jedna taka ciekawostka nazywa się omega, ω, jej masa to 783, zamienia się w trzy piony; istnieje inna formacja, z której uzyskuje się parę pionów.

Tak jak niektóre pierwiastki ziem rzadkich wypadły z bardzo udanego układu okresowego pierwiastków, tak też niektóre cząstki wypadają z naszego układu okresowego. Są to cząstki, które nie oddziałują silnie z jądrami, nie mają nic wspólnego z oddziaływaniem jądrowym, a także nie oddziałują silnie ze sobą (silne rozumiane jest jako silny rodzaj oddziaływania, który daje energię atomową). Cząstki te nazywane są leptonami; należą do nich elektron (bardzo lekka cząstka o masie 0,51 MeV) i mion (o masie 206 razy większej niż elektron). O ile możemy sądzić ze wszystkich eksperymentów, elektron i mion różnią się tylko masą. Wszystkie właściwości mionu, wszystkie jego oddziaływania nie różnią się od właściwości elektronu - tylko jedno jest cięższe od drugiego. Dlaczego jest cięższy, co daje, nie wiemy. Oprócz nich występuje też roztocz obojętny – neutrino, o masie zerowej. Co więcej, obecnie wiadomo, że istnieją dwa rodzaje neutrin: jedno związane z elektronami, a drugie z mionami.

Wreszcie są jeszcze dwie cząstki, które również nie oddziałują z jądrami. Jeden, który już znamy, to foton; a jeśli pole grawitacyjne ma również właściwości kwantowo-mechaniczne (chociaż kwantowa teoria grawitacji nie została jeszcze opracowana), to być może istnieje również cząstka grawitonowa o zerowej masie.

Co to jest „masa zero”? Podane przez nas masy są masami cząstek w spoczynku. Jeśli cząsteczka ma masę zero, oznacza to, że nie odważy się odpocząć. Foton nigdy nie stoi w miejscu, jego prędkość zawsze wynosi 300 000 km/s. Nadal będziemy rozumieć teorię względności i starać się zagłębić w znaczenie pojęcia masy.

Natknęliśmy się więc na całą gamę cząstek, które razem wydają się być bardzo podstawową częścią materii. Na szczęście nie wszystkie te cząstki różnią się od siebie oddziaływaniem. Podobno są między nimi tylko cztery rodzaje interakcji. Podajemy je w kolejności malejącej siły: siły jądrowe, oddziaływania elektryczne (oddziaływanie β-rozpadowe i grawitacja. Foton oddziałuje ze wszystkimi naładowanymi cząstkami z siłą charakteryzującą się pewną stałą liczbą 1/137. Szczegółowe prawo tego związku jest znane - to jest elektrodynamika kwantowa.Grawitacja oddziałuje z każdą energią, ale niezwykle słabo, znacznie słabiej niż elektryczność.I to prawo jest znane.Wtedy są tak zwane słabe rozpady: rozpad β, dzięki któremu neutron rozpada się dość powoli na proton, elektron i neutrino.Tu prawo jest wyjaśnione A tak zwane oddziaływanie silne (powiązanie mezonu z barionem) ma siłę równą jedności w tej skali, a jego prawo jest zupełnie niejasne, chociaż niektóre znane są reguły, takie jak fakt, że liczba barionów nie zmienia się w żadnej reakcji.

Sytuację, w której znajduje się współczesna fizyka, należy uznać za straszną. Podsumowałbym to tymi słowami: poza rdzeniem wydaje się, że wiemy wszystko; w nim obowiązuje mechanika kwantowa, nie stwierdzono tam naruszeń jej zasad.

Sceną, na której działa cała nasza wiedza, jest czasoprzestrzeń relatywistyczna; możliwe, że jest z nim również związana grawitacja. Nie wiemy, jak powstał Wszechświat i nigdy nie przeprowadzaliśmy eksperymentów, aby dokładnie przetestować nasze wyobrażenia o czasoprzestrzeni na małych odległościach, wiemy tylko, że poza tymi odległościami nasze poglądy są nieomylne. Można też dodać, że zasady gry są zasadami mechanika kwantowa; i, o ile wiemy, odnoszą się one do nowych cząstek nie gorzej niż do starych. Poszukiwanie źródła sił jądrowych prowadzi nas do nowych cząstek; ale wszystkie te odkrycia powodują jedynie zamieszanie. Nie mamy pełnego zrozumienia ich wzajemnych relacji, chociaż widzieliśmy już między nimi uderzające powiązania. Najwyraźniej stopniowo zbliżamy się do zrozumienia świata cząstek pozaatomowych, ale nie wiadomo, jak daleko zaszliśmy na tej ścieżce.