อนุภาคที่ระบุ ความหมายของคำว่า b-particle ในศัพท์ทางการแพทย์ A b particle

พวกเขาพยายามค้นหา Higgs boson มาหลายทศวรรษแล้ว แต่ก็ยังไม่ประสบความสำเร็จ ในขณะเดียวกันหากไม่มีบทบัญญัติหลัก ทฤษฎีสมัยใหม่พิภพเล็ก ๆ แขวนอยู่ในอากาศ

การศึกษาอนุภาคเริ่มขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ ในปี 1897 โจเซฟ จอห์น ทอมสันค้นพบอิเล็กตรอน และ 20 ปีต่อมา เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ได้พิสูจน์ว่านิวเคลียสของไฮโดรเจนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของธาตุอื่นๆ และต่อมาเรียกพวกมันว่าโปรตอน ในช่วงทศวรรษที่ 1930 มีการค้นพบนิวตรอน มิวออน และโพซิตรอน และทำนายการมีอยู่ของนิวตริโน ในเวลาเดียวกัน ฮิเดกิ ยูกาวะได้สร้างทฤษฎีของแรงนิวเคลียร์ที่มีอนุภาคสมมุติฐานหนักกว่าอิเล็กตรอนหลายร้อยเท่า แต่เบากว่าโปรตอน (มีซอน) มาก ในปี พ.ศ. 2490 ร่องรอยของการสลายตัวของ pi meson (pion) ถูกพบบนแผ่นภาพถ่ายที่สัมผัสกับรังสีคอสมิก ต่อมามีการค้นพบมีซอนอื่นๆ และบางชนิดก็หนักกว่าไม่เพียงแต่โปรตอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนิวเคลียสของฮีเลียมด้วย นักฟิสิกส์ยังได้ค้นพบแบริออนจำนวนมาก ญาติของโปรตอนและนิวตรอนที่หนักและไม่เสถียร กาลครั้งหนึ่งอนุภาคเหล่านี้เรียกว่าระดับประถมศึกษา แต่คำศัพท์ดังกล่าวล้าสมัยไปนานแล้ว ตอนนี้มีเพียงอนุภาคที่ไม่ผสมกันเท่านั้นที่ถือว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน - เฟอร์มิออน (ที่มีครึ่งสปิน - เลปตอนและควาร์ก) และโบซอน (ที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็ม - ตัวพาของปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน)

อนุภาคมูลฐานของแบบจำลองมาตรฐาน

กลุ่มเฟอร์เมียน (ที่มีการหมุนครึ่งจำนวนเต็ม) ประกอบด้วยเลปตอนและควาร์กของสิ่งที่เรียกว่าสามชั่วอายุคน เลปตอนที่มีประจุคืออิเล็กตรอนและอนุภาคขนาดใหญ่ของมันคือมิวออนและอนุภาคเทา (และปฏิปักษ์ของพวกมัน) เลปตันแต่ละตัวมีพันธมิตรที่เป็นกลางในตัวหนึ่งในสามชนิดของนิวตริโน (รวมถึงปฏิปักษ์ด้วย) ตระกูลโบซอนซึ่งมีสปินเท่ากับ 1 เป็นอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กและเลปตอน บางส่วนไม่มีมวลและประจุไฟฟ้า - เหล่านี้เป็นกลูออนซึ่งให้พันธะอินเตอร์ควาร์กในมีซอนและแบริออนและโฟตอนควอนตาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ปฏิกิริยาที่อ่อนแอซึ่งแสดงออกในกระบวนการสลายเบต้านั้นมาจากอนุภาคขนาดใหญ่สามตัว - ประจุสองประจุและหนึ่งประจุเป็นกลาง

ชื่อบุคคลของอนุภาคมูลฐานและอนุภาคผสมมักจะไม่เกี่ยวข้องกับชื่อของนักวิทยาศาสตร์ที่เฉพาะเจาะจง อย่างไรก็ตาม เมื่อเกือบ 40 ปีที่แล้ว มีการทำนายอนุภาคมูลฐานอีกตัวหนึ่ง ซึ่งตั้งชื่อตามบุคคลที่มีชีวิต ซึ่งก็คือ Peter Higgs นักฟิสิกส์ชาวสก็อต เช่นเดียวกับพาหะของปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน มันมีสปินจำนวนเต็มและอยู่ในคลาสของโบซอน อย่างไรก็ตามการหมุนของมันไม่ใช่ 1 แต่เป็น 0 และในแง่นี้มันไม่มีอะนาลอก เป็นเวลาหลายสิบปีที่พวกเขามองหามันที่เครื่องเร่งความเร็วที่ใหญ่ที่สุด - American Tevatron ซึ่งปิดตัวลงเมื่อปีที่แล้วและ Large Hadron Collider ซึ่งขณะนี้กำลังทำงานภายใต้การพิจารณาของสื่อทั่วโลก ท้ายที่สุด Higgs boson จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับทฤษฎีสมัยใหม่ของ microworld - Standard Model ของอนุภาคมูลฐาน หากหาไม่พบ บทบัญญัติหลักของทฤษฎีนี้จะลอยอยู่ในอากาศ

เกจสมมาตร

จุดเริ่มต้นของเส้นทางสู่ Higgs boson สามารถนับได้จากบทความสั้น ๆ ที่ตีพิมพ์ในปี 1954 โดยนักฟิสิกส์ชาวจีน Yang Zhenning ซึ่งย้ายไปอยู่ที่สหรัฐอเมริกา และ Robert Mills เพื่อนร่วมงานของเขาที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ผู้ทดลองได้ค้นพบอนุภาคใหม่ ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งไม่สามารถอธิบายความอุดมสมบูรณ์ได้ในทุกวิถีทาง ในการค้นหาแนวคิดที่น่าสนใจ Yang and Mills ได้ตัดสินใจทดสอบความเป็นไปได้ของสมมาตรที่น่าสนใจมาก ซึ่งขึ้นอยู่กับไฟฟ้ากระแสควอนตัม เมื่อถึงเวลานั้น ทฤษฎีนี้ได้พิสูจน์ความสามารถในการให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมโดยสอดคล้องกับประสบการณ์ จริงอยู่ในระหว่างการคำนวณบางอย่าง อินฟินิตี้ปรากฏขึ้น แต่คุณสามารถกำจัดพวกมันได้โดยใช้ขั้นตอนทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าการปรับค่าปกติ

สมมาตรซึ่งสนใจ Yang และ Mills ได้รับการแนะนำให้รู้จักกับฟิสิกส์ในปี 1918 โดยนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน Hermann Weyl เขาเรียกมันว่าเกจ และชื่อนี้คงอยู่มาจนถึงทุกวันนี้ ในอิเล็กโทรไดนามิกของควอนตัม ความสมมาตรของเกจแสดงตัวเองในความจริงที่ว่าฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอนอิสระซึ่งเป็นเวกเตอร์ที่มีส่วนจริงและส่วนจินตภาพสามารถหมุนได้อย่างต่อเนื่องในแต่ละจุดในกาลอวกาศ (นั่นคือสาเหตุที่สมมาตรเรียกว่าโลคัล) ). การดำเนินการนี้ (ในภาษาทางการ - การเปลี่ยนเฟสของฟังก์ชันคลื่น) นำไปสู่ความจริงที่ว่าสารเติมแต่งปรากฏในสมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนซึ่งจะต้องได้รับการชดเชยเพื่อให้ยังคงใช้ได้ ในการทำเช่นนี้จะมีการแนะนำคำศัพท์เพิ่มเติมซึ่งอธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กตรอน ควอนตัมของสนามนี้คือโฟตอน ซึ่งเป็นอนุภาคไร้มวลที่มีการหมุนเป็นหน่วย ดังนั้น การมีอยู่ของโฟตอน (เช่นเดียวกับความคงตัวของประจุอิเล็กตรอน) ตามมาจากความสมมาตรของมาตรวัดในท้องถิ่นของสมการอิเล็กตรอนอิสระ เราสามารถพูดได้ว่าสมมาตรนี้กำหนดว่าอิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า การเปลี่ยนเฟสใดๆ จะกลายเป็นการกระทำของปฏิกิริยาดังกล่าว - ตัวอย่างเช่น การปล่อยหรือการดูดซับโฟตอน

ความสัมพันธ์ระหว่างเกจสมมาตรและแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1920 แต่ก็ไม่ได้กระตุ้นความสนใจมากนัก Yang and Mills เป็นคนแรกที่ใช้สมมาตรนี้เพื่อสร้างสมการที่อธิบายอนุภาคที่มีลักษณะแตกต่างจากอิเล็กตรอน พวกเขาหยิบแบริออนที่ "เก่าที่สุด" ขึ้นมาสองอัน - โปรตอนและนิวตรอน แม้ว่าอนุภาคเหล่านี้จะไม่เหมือนกัน แต่เมื่อสัมพันธ์กับแรงนิวเคลียร์ พวกมันก็มีพฤติกรรมเกือบเหมือนกันและมีมวลเกือบเท่ากัน ในปี 1932 แวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก แสดงให้เห็นว่าโปรตอนและนิวตรอนสามารถพิจารณาสถานะต่าง ๆ ของอนุภาคเดียวกันได้อย่างเป็นทางการ เพื่ออธิบายพวกเขา เขาได้แนะนำเลขควอนตัมใหม่ นั่นคือ สปินไอโซโทป เนื่องจากแรงที่รุนแรงไม่ได้แยกความแตกต่างระหว่างโปรตอนและนิวตรอน มันจึงสงวนสปินไอโซโทปทั้งหมด เช่นเดียวกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช่วยรักษาประจุไฟฟ้า

Yang and Mills สงสัยว่าการเปลี่ยนแปลงแบบวัดในท้องถิ่นแบบใดที่รักษาความสมมาตรของ isospin เป็นที่แน่ชัดว่าไม่สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันกับการเปลี่ยนแปลงมาตรวัดของไฟฟ้ากระแสควอนตัมได้ ถ้าเพียงเพราะว่าเรากำลังพูดถึงอนุภาคสองอนุภาคแล้ว Young and Mills วิเคราะห์ผลรวมของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว และพบว่าพวกมันสร้างทุ่งที่ควอนตาควรจะมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตอนและนิวตรอน มีสามควอนตัมในกรณีนี้: สองประจุ (บวกและลบ) และหนึ่งเป็นกลาง พวกมันมีมวลเป็นศูนย์และการหมุนของหน่วย (นั่นคือพวกมันเป็นเวกเตอร์โบซอน) และเดินทางด้วยความเร็วแสง

ทฤษฎีของ B-fields ในฐานะผู้เขียนร่วมขนานนามพวกเขานั้นสวยงามมาก แต่ก็ไม่สามารถทนต่อการทดสอบประสบการณ์ได้ บีโบซอนที่เป็นกลางสามารถระบุได้ด้วยโฟตอน แต่ประจุคู่ของมันถูกปล่อยออกไป ตามกลศาสตร์ควอนตัม มีเพียงอนุภาคเสมือนขนาดใหญ่เพียงพอเท่านั้นที่สามารถเป็นตัวกลางในการถ่ายโอนกองกำลังระยะสั้น รัศมีของแรงนิวเคลียร์ไม่เกิน 10-13 ซม. และโบซอนที่ไร้มวลของ Yang และ Mills ไม่สามารถอ้างได้ว่าเป็นพาหะอย่างชัดเจน นอกจากนี้ ผู้ทดลองไม่เคยตรวจพบอนุภาคดังกล่าว แม้ว่าโดยหลักการแล้ว โบซอนที่ไม่มีมวลจะตรวจจับได้ง่าย Yang and Mills ได้พิสูจน์ว่าความสมมาตรของมาตรวัดในท้องถิ่น "บนกระดาษ" สามารถสร้างสนามแรงที่มีลักษณะที่ไม่ใช่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ความเป็นจริงทางกายภาพของสนามเหล่านี้เป็นเพียงการคาดเดาล้วนๆ

ความเป็นคู่ของไฟฟ้า

ขั้นตอนต่อไปของ Higgs boson เกิดขึ้นในปี 2500 เมื่อถึงเวลานั้น นักทฤษฎี (เช่น Yang และ Li Zundao คนเดียวกัน) ก็ได้สันนิษฐาน และผู้ทดลองได้พิสูจน์ว่าความเท่าเทียมกันไม่ได้ถูกอนุรักษ์ไว้ในการสลายแบบเบตา (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ความสมมาตรของกระจกถูกละเมิด) ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดนี้เป็นที่สนใจของนักฟิสิกส์หลายคน ในจำนวนนั้นคือ Julian Schwinger หนึ่งในผู้ก่อตั้งควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ เขาตั้งสมมติฐานว่าปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอระหว่างเลปตอน (วิทยาศาสตร์ยังไม่ถึงควาร์ก!) ถูกพาโดยเวกเตอร์โบซอนสามตัว - โฟตอนและอนุภาคที่มีประจุคล้ายกับบีโบซอน ตามมาด้วยปฏิกิริยาเหล่านี้ร่วมกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า Schwinger ไม่ได้จัดการกับปัญหานี้อีกต่อไป แต่แนะนำให้ Sheldon Glashow นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขาทราบ

งานนี้กินเวลาสี่ปี หลังจากแถว ความพยายามที่ล้มเหลว Glashow สร้างแบบจำลองของการโต้ตอบที่อ่อนแอและทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยพิจารณาจากการรวมกันของความสมมาตรของมาตรวัดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสนาม Yang และ Mills นอกจากโฟตอนแล้ว ยังมีเวกเตอร์โบซอนอีกสามตัว - ประจุสองตัวและหนึ่งตัวเป็นกลาง อย่างไรก็ตาม อนุภาคเหล่านี้มีมวลเป็นศูนย์อีกครั้ง ซึ่งทำให้เกิดปัญหาขึ้น รัศมีของการโต้ตอบที่อ่อนแอคือสองลำดับความสำคัญที่เล็กกว่ารัศมีที่แข็งแกร่ง และยิ่งต้องใช้ผู้ไกล่เกลี่ยขนาดใหญ่มากเท่านั้น นอกจากนี้ การปรากฏตัวของพาหะเป็นกลางจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงเบต้าที่ไม่เปลี่ยนประจุไฟฟ้า และในขณะนั้นไม่ทราบการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ด้วยเหตุนี้ หลังจากเผยแพร่แบบจำลองของเขาในปลายปี 2504 Glashow หมดความสนใจในการรวมพลังที่อ่อนแอและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและเปลี่ยนไปใช้หัวข้ออื่น

สมมติฐานของ Schwinger ยังสนใจ Abdus Salam นักทฤษฎีชาวปากีสถาน ซึ่งร่วมกับ John Ward ได้สร้างแบบจำลองที่คล้ายกับของ Glashow เขายังพบกับความไร้มวลของเกจโบซอนและถึงกับคิดหาวิธีกำจัดมัน สลามรู้ว่ามวลของพวกมันไม่สามารถป้อน "ด้วยมือ" ได้ เนื่องจากทฤษฎีนี้กลายเป็นกฎเกณฑ์ที่ไม่ปกติ แต่เขาหวังว่าจะสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้โดยการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง เพื่อให้คำตอบของสมการการเคลื่อนที่ของโบซอนไม่มีมาตรวัด สมมาตรที่มีอยู่ในสมการเอง งานนี้ทำให้เขาสนใจสตีเวน ไวน์เบิร์กชาวอเมริกัน

แต่ในปี 2504 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เจฟฟรีย์ โกลด์สโตน ได้แสดงให้เห็นว่าในทางสัมพัทธภาพ ทฤษฎีควอนตัมการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเองของสนามดูเหมือนว่าจะสร้างอนุภาคที่ไม่มีมวลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ Salam และ Weinberg พยายามหักล้างทฤษฎีบทของ Goldstone แต่เสริมความแข็งแกร่งให้กับงานของพวกเขาเท่านั้น ปริศนาดูแก้ไม่ได้ และพวกเขาหันไปหาฟิสิกส์สาขาอื่น

ฮิกส์และอื่น ๆ

ความช่วยเหลือมาจากผู้เชี่ยวชาญด้านฟิสิกส์สสารควบแน่น ในปี 1961 โยอิจิโร นัมบุตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อโลหะธรรมดาเข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด ความสมมาตรในอดีตจะแตกสลายเองตามธรรมชาติ แต่ไม่มีอนุภาคที่ไม่มีมวลปรากฏขึ้น อีกสองปีต่อมา Philip Anderson ใช้ตัวอย่างเดียวกัน สังเกตว่าถ้าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เป็นไปตามทฤษฎีบท Goldstone ก็อาจคาดหวังเช่นเดียวกันจากสนามวัดอื่นที่มีความสมมาตรในท้องถิ่น เขายังคาดการณ์ว่าโบซอนของโกลด์สโตนและโบซอนของสนามหยางและมิลส์สามารถทำลายซึ่งกันและกันโดยทิ้งอนุภาคขนาดใหญ่ไว้เบื้องหลัง

คำทำนายนี้กลายเป็นคำทำนาย ในปีพ.ศ. 2507 François Englert และ Roger Broat นักฟิสิกส์จาก Free University of Brussels, Peter Higgs และ Jerry Guralnik, Robert Hagen และ Thomas Kibble ที่ Imperial College London พ้นผิดในปี 2507 พวกเขาไม่เพียงแสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขสำหรับการบังคับใช้ทฤษฎีบท Goldstone นั้นไม่เป็นไปตามเขต Yang–Mills แต่พวกเขายังพบวิธีที่จะให้แรงกระตุ้นของทุ่งเหล่านี้ด้วยมวลที่ไม่เป็นศูนย์ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่ากลไก Higgs

ผลงานที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ได้รับการสังเกตและชื่นชมโดยทันที เฉพาะในปี 1967 ที่ Weinberg ได้สร้างแบบจำลองที่เป็นหนึ่งเดียวของการโต้ตอบแบบอิเล็กโตรวีก ซึ่งเวกเตอร์โบซอนทั้งสามได้รับมวลตามกลไกของฮิกส์ และ Salam ก็ทำเช่นเดียวกันในอีกหนึ่งปีต่อมา ในปีพ.ศ. 2514 ชาวดัตช์ Martinus Veltman และ Gerard "t Hooft ได้พิสูจน์ว่าทฤษฎีนี้ช่วยให้เกิดการฟื้นฟูและดังนั้นจึงมีความหมายทางกายภาพที่ชัดเจน เธอยืนหยัดอย่างมั่นคงหลังจากปี 1973 เมื่ออยู่ในห้องฟองสบู่ การ์กาเมล(CERN, ประเทศสวิสเซอร์แลนด์) ผู้ทดลองลงทะเบียนสิ่งที่เรียกว่ากระแสเป็นกลางที่อ่อนแอซึ่งบ่งชี้ว่ามีโบซอนระดับกลางที่ไม่มีประจุ (การลงทะเบียนโดยตรงของโบซอนเวกเตอร์ทั้งสามนั้นดำเนินการที่ CERN เท่านั้นในปี 2525-2526) Glashow, Weinberg และ Salam มอบให้เธอ รางวัลโนเบลในปี 1979 Veltman และ "t Hooft - ในปี 1999 ทฤษฎีนี้ (และกับ Higgs boson) เป็นส่วนสำคัญของ Standard Model ของอนุภาคมูลฐานมานานแล้ว

กลไกฮิกส์

กลไกของฮิกส์มีพื้นฐานมาจากสนามสเกลาร์ที่มีควอนตาแบบไม่มีสปิน - ฮิกส์โบซอน เป็นที่เชื่อกันว่าพวกเขาเกิดขึ้นในช่วงเวลาหลังบิ๊กแบงและตอนนี้เติมเต็มจักรวาลทั้งหมด สนามดังกล่าวมีพลังงานต่ำสุดที่ค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ - นี่คือสถานะที่เสถียร

มักเขียนว่าอนุภาคมูลฐานได้รับมวลอันเป็นผลมาจากการเบรกโดยสนามฮิกส์ แต่นี่เป็นการเปรียบเทียบเชิงกลไกมากเกินไป ทฤษฎีอิเล็กโตรวีกเกี่ยวข้องกับสนามฮิกส์สี่แห่ง (แต่ละแห่งมีควอนตาของตัวเอง) และโบซอนเวกเตอร์สี่ตัว - สองเป็นกลางและสองประจุซึ่งตัวเองไม่มีมวล โบซอนสามตัวซึ่งมีประจุและเป็นกลางหนึ่งตัว แต่ละตัวดูดซับฮิกส์หนึ่งตัว ส่งผลให้ได้รับมวลและความสามารถในการบรรทุกกองกำลังระยะสั้น (แสดงด้วยสัญลักษณ์ W + , W - และ Z 0) โบซอนตัวสุดท้ายไม่ดูดซับสิ่งใดและยังคงไม่มีมวล - เป็นโฟตอน ฮิกส์ "กินแล้ว" นั้นไม่สามารถสังเกตได้ (นักฟิสิกส์เรียกพวกมันว่า "วิญญาณ") ในขณะที่ลูกพี่ลูกน้องที่สี่ของพวกเขาควรได้รับการสังเกตด้วยพลังงานที่เพียงพอสำหรับการกำเนิด โดยทั่วไปแล้ว สิ่งเหล่านี้เป็นกระบวนการที่แอนเดอร์สันสามารถคาดการณ์ได้

อนุภาคที่เข้าใจยาก

ความพยายามอย่างจริงจังครั้งแรกในการจับ Higgs boson เกิดขึ้นในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 20 และ 21 ที่ Large Electron-Positron Collider ( อิเล็กตรอน-โพซิตรอนขนาดใหญ่, LEP) ที่ CERN การทดลองเหล่านี้เป็นเพลงหงส์ของสิ่งอำนวยความสะดวกที่โดดเด่นอย่างแท้จริง ซึ่งกำหนดมวลและอายุขัยของโบซอนเวกเตอร์หนักด้วยความแม่นยำที่ไม่เคยมีมาก่อน

แบบจำลองมาตรฐานทำให้สามารถทำนายช่องทางของการสร้างและการสลายตัวของฮิกส์โบซอนได้ แต่ไม่สามารถคำนวณมวลของมันได้ ตามการประมาณการทั่วไปส่วนใหญ่ ค่านี้ไม่ควรน้อยกว่า 8-10 GeV และมากกว่า 1,000 GeV ในช่วงเริ่มต้นของการประชุมที่ LEP นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อว่าช่วงที่เป็นไปได้มากที่สุดคือ 100–250 GeV การทดลอง LEP เพิ่มเกณฑ์ที่ต่ำกว่าเป็น 114.4 GeV ผู้เชี่ยวชาญหลายคนเชื่อและเชื่อว่าหากคันเร่งนี้ทำงานได้นานขึ้นและเพิ่มพลังงานของการชนกันของคานขึ้นสิบเปอร์เซ็นต์ (ซึ่งเป็นไปได้ในทางเทคนิค) Higgs boson ก็สามารถจดทะเบียนได้ อย่างไรก็ตาม ผู้นำของ CERN ไม่ต้องการชะลอการเปิดตัว Large Hadron Collider ซึ่งจะต้องสร้างขึ้นในอุโมงค์เดียวกัน และเมื่อสิ้นสุดปี 2000 LEP ก็ปิดตัวลง

ปากกาโบซอน

การทดลองหลายครั้ง ได้ตัดช่วงมวลที่เป็นไปได้ของ Higgs boson ออกไป เกณฑ์ที่ต่ำกว่าถูกกำหนดไว้ที่ตัวเร่ง LEP - 114.4 GeV ที่เทวาตรอน มวลที่เกิน 150 GeV ถูกตัดออก ต่อมา ช่วงมวลได้รับการปรับแต่งเป็น 115–135 GeV และเปลี่ยนขีดจำกัดบนเป็น 130 GeV ที่ CERN ที่ Large Hadron Collider ดังนั้น Higgs boson ของ Standard Model ถ้ามีอยู่ จะถูกล็อกไว้ในขอบเขตมวลที่ค่อนข้างแคบ

รอบการค้นหาถัดไปดำเนินการที่ Tevatron (บนเครื่องตรวจจับ CDF และ DZero) และที่ LHC ดังที่ Dmitry Denisov หนึ่งในผู้นำของความร่วมมือ DZero กล่าวกับ PM ว่า Tevatron เริ่มรวบรวมสถิติเกี่ยวกับ Higgs ในปี 2550: "แม้ว่าจะมีพลังงานเพียงพอ แต่ก็มีปัญหามากมาย การชนกันของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนเป็นวิธีที่ "สะอาดที่สุด" ในการจับฮิกส์ เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้ไม่มีโครงสร้างภายใน ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการทำลายล้างของคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนที่มีพลังงานสูง Z 0 -boson ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งปล่อย Higgs ออกมาโดยไม่มีพื้นหลังใดๆ (อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาที่สกปรกกว่าก็เป็นไปได้) ในทางกลับกัน เราชนโปรตอนและแอนติโปรตอน อนุภาคหลวมซึ่งประกอบด้วยควาร์กและกลูออน ดังนั้น งานหลัก- เน้นการเกิดของฮิกส์กับพื้นหลังของปฏิกิริยาที่คล้ายกันมากมาย มีปัญหาที่คล้ายกันสำหรับทีม LHC”

ร่องรอยของสัตว์ร้ายที่มองไม่เห็น

มีสี่วิธีหลัก (ตามที่นักฟิสิกส์พูด ช่อง) สำหรับการกำเนิดของฮิกส์โบซอน

ช่องทางหลักคือการหลอมรวมของกลูออน (gg) ในการชนกันของโปรตอนและแอนติโปรตอน ซึ่งโต้ตอบผ่านลูปของท็อปควาร์กที่มีน้ำหนักมาก
ช่องที่สองคือการหลอมรวมของเวกเตอร์โบซอนเสมือน WW หรือ ZZ(WZ) ที่ปล่อยออกมาและดูดซับโดยควาร์ก
ช่องที่สามสำหรับการผลิต Higgs boson คือการผลิตแบบเชื่อมโยง (ร่วมกับ W หรือ Z boson) กระบวนการนี้บางครั้งเรียกว่า Higgsstrahlung(คล้ายกับศัพท์ภาษาเยอรมัน bremsstrahlung- bremsstrahlung).
และสุดท้าย อันที่สี่คือการหลอมรวมของท็อปควาร์กและแอนติควาร์ก (การผลิตที่สัมพันธ์กับท็อปควาร์ก, tt) จากคู่ควาร์กและแอนติควาร์กบนสุดที่สร้างโดยกลูออน

“ในเดือนธันวาคม 2011 ข้อความใหม่มาจาก LHC” Dmitry Denisov กล่าวต่อ - พวกเขากำลังมองหาฮิกส์สลายตัวทั้งบน สูงสุด-ควาร์กและแอนติควาร์กของมัน ซึ่งทำลายล้างและกลายเป็นแกมมาควอนตาคู่หนึ่งหรือเป็น Z 0 -boson สองตัว ซึ่งแต่ละอันสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนและโพซิตรอนหรือมิวออนและแอนติมิวออน ข้อมูลที่ได้รับแนะนำว่า Higgs boson ดึงได้ประมาณ 124–126 GeV แต่ไม่เพียงพอสำหรับข้อสรุปสุดท้าย ตอนนี้ทั้งความร่วมมือและนักฟิสิกส์ของเราที่ CERN ยังคงวิเคราะห์ผลการทดลองต่อไป เป็นไปได้ว่าเราและพวกเขาจะได้ข้อสรุปใหม่ในไม่ช้า ซึ่งจะนำเสนอในวันที่ 4 มีนาคมในการประชุมระดับนานาชาติในเทือกเขาแอลป์ของอิตาลี และผมมีการนำเสนอว่าคุณจะไม่เบื่อที่นั่น”

ฮิกส์โบซอนกับวันสิ้นโลก

ดังนั้น ในปีนี้ เราสามารถคาดหวังได้ทั้งการค้นพบ Higgs boson ของ Standard Model หรือการยกเลิก เพื่อที่จะพูด แน่นอนว่าตัวเลือกที่สองจะสร้างความต้องการโมเดลทางกายภาพใหม่ แต่สิ่งเดียวกันอาจเกิดขึ้นได้ในกรณีแรก! ไม่ว่าในกรณีใด John Ellis ศาสตราจารย์แห่ง King's College London หนึ่งในผู้เชี่ยวชาญที่มีอำนาจมากที่สุดในสาขานี้คิดอย่างนั้น ในความเห็นของเขา การค้นพบ "แสง" (ไม่เกิน 130 GeV) ฮิกส์โบซอนจะสร้างปัญหาอันไม่พึงประสงค์สำหรับจักรวาลวิทยา หมายความว่าจักรวาลของเราไม่เสถียรและสักวันหนึ่ง (บางทีแม้ในช่วงเวลาใด ๆ ) จะเข้าสู่สถานะใหม่ด้วยพลังงานน้อยลง แล้ววันสิ้นโลกก็จะเกิดขึ้น - ในไม่ช้า ความหมายเต็มที่คำนี้. ยังคงต้องหวังเป็นอย่างยิ่งว่าจะไม่พบฮิกส์โบซอน หรือเอลลิสเข้าใจผิด หรือจักรวาลจะชะลอการฆ่าตัวตายเล็กน้อย

Baryons (จากภาษากรีก "baris" - หนัก) เป็นอนุภาคมูลฐานที่หนักซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับ fermions อย่างรุนแรงซึ่งประกอบด้วยควาร์กสามตัว แบริออนที่เสถียรที่สุดคือโปรตอนและนิวตรอน แบริออนหลักคือ: โปรตอน (uud), แอนติโปรตอน, นิวตรอน (ddu), แอนตินิวตรอน, แลมบ์ดาไฮเปอเรียน, ซิกมาไฮเปอเรียน, ซีไฮเปอร์ไอออน, โอเมก้าไฮเปอร์ไอออน

พนักงานของความร่วมมือระดับนานาชาติของ DZero ที่ Fermi National Accelerator Laboratory ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบศูนย์วิจัยของสหรัฐฯ ได้ค้นพบอนุภาคพื้นฐานชนิดใหม่ที่เรียกว่า baryon อนุภาคที่เรียกว่า "xi-bi-minus baryon" (Ξ-b) มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในแบบของตัวเอง นี่ไม่ใช่แค่แบริออนอีกตัวหนึ่งที่มีบี-ควาร์ก แต่เป็นอนุภาคแรกที่มีสามควาร์กจากสามตระกูลที่แตกต่างกัน ได้แก่ ดี-ควาร์ก เอส-ควาร์ก และบี-ควาร์ก

เธอยังมีชื่ออื่น - "cascade-bi" แบริออนมีประจุลบและมีมวลประมาณหกเท่าของโปรตอน (มวลอนุภาค 5.774±0.019 GeV)

ในการลงทะเบียนอนุภาคใหม่ นักวิทยาศาสตร์ต้องวิเคราะห์เส้นทางที่ใช้เครื่องเร่งความเร็วเป็นเวลาห้าปี เป็นผลให้พบ 19 เหตุการณ์ที่ระบุการก่อตัวของแบริออนใหม่

ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้รับแบริออนที่ประกอบด้วยควาร์กที่แตกต่างกันสามชนิด ได้แก่ แลมบ์ดาบีบาริยงซึ่งประกอบด้วยยู- ดี- และบี-ควาร์ก แต่มีควาร์กเพียงสองชั่วอายุคน (ดูสิ่งที่ใส่เข้าไป)

ดังนั้นเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์พลังงานสูงที่มีการค้นพบแบริออนที่ประกอบด้วยควาร์กสามชั่วอายุคนหรือครอบครัว bi-cascade ประกอบด้วย d-quark หนึ่งตัว (ควาร์ก "ลง" ที่เป็นของตระกูลแรก) หนึ่งตัว s-quark (ควาร์ก "แปลก" ตระกูลที่สอง) และหนึ่ง b-quark (ควาร์ก "เสน่ห์" ครอบครัวที่สาม) นั่นคือเหตุผลที่อนุภาค Ξ-b ใหม่นี้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวอย่างแท้จริง

ที่น่าสนใจแม้ว่าการทำงานร่วมกันจะขึ้นอยู่กับ Fermilab ซึ่งมีตัวเร่งปฏิกิริยา Tevatron อันทรงพลัง แต่การค้นพบในปัจจุบันเกิดขึ้นในยุโรป - ที่ Large Electron-Positron Collider ที่ CERN (LEP)

ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงค้นหาต่อไปที่ "ชั้นสอง" ของพีระมิดแบริออน โดยค้นพบแบริออนที่มีควาร์กที่ "สวยงาม" หรือ "ด้านล่าง" อยู่หนึ่งตัว (b)

เป็นครั้งแรกที่อนุภาคดังกล่าว ได้รับทีมงานจาก Fermilab เมื่อปีที่แล้ว CDF International Collaboration ซึ่งทำการทดลองที่ห้องปฏิบัติการ Fermi National Accelerator Laboratory ของ Department of Energy ได้ประกาศการค้นพบอนุภาคมูลฐานใหม่ 2 อนุภาคที่อยู่ในคลาส baryon อนุภาคเหล่านี้ถูกเรียกว่า Σ + b และ Σ-b

ในการทดลอง นักฟิสิกส์ชนโปรตอนกับแอนติโปรตอน เร่งความเร็วพวกมันที่เทวาตรอน ซึ่งเป็นเครื่องเร่งความเร็วที่ทรงพลังที่สุดในขณะนี้

การทดลองจะดำเนินการที่เครื่องเร่งความเร็วนี้เมื่อลำโปรตอนที่มีพลังงาน 1 TeV ชนกับลำอนุภาคของแอนติโปรตอนที่มีพลังงานเท่ากัน ในการชนกันของพลังงานดังกล่าว บี-ควาร์กปรากฏขึ้น ซึ่งเมื่อโต้ตอบกับควาร์กของโปรตอนและแอนติโปรตอน ได้ก่อตัวเป็นอนุภาคใหม่สองอนุภาค

การทดลองบันทึก 103 เหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการเกิดของประจุบวก อนุภาคยูบี(Σ+b) และ 134 การเกิดของประจุลบ อนุภาค d-d-b(Σ-b). เพื่อตรวจจับเหตุการณ์มากมาย นักวิทยาศาสตร์ต้องวิเคราะห์รอยทางจากการชน 100 ล้านล้านครั้งในช่วงห้าปีของการดำเนินการของเทวาตรอน

จากประมาณ 1,000 วินาที (สำหรับนิวตรอนอิสระ) ไปจนถึงเศษเสี้ยววินาที (จาก 10 −24 ถึง 10 −22 วินาทีสำหรับการสั่นพ้อง)

โครงสร้างและพฤติกรรมของอนุภาคมูลฐานศึกษาโดยฟิสิกส์อนุภาคมูลฐาน

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดเป็นไปตามหลักการของเอกลักษณ์ (อนุภาคมูลฐานทั้งหมดที่เป็นประเภทเดียวกันในจักรวาลจะเหมือนกันทุกประการในคุณสมบัติทั้งหมด) และหลักการของความเป็นคู่ของคลื่น corpuscular (อนุภาคมูลฐานแต่ละอนุภาคสอดคล้องกับคลื่นเดอ Broglie)

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดมีคุณสมบัติในการแปลงสภาพซึ่งกันและกัน ซึ่งเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน: แรง, แม่เหล็กไฟฟ้า, อ่อนแอ, แรงโน้มถ่วง อันตรกิริยาของอนุภาคทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคและมวลรวมของอนุภาคเป็นอนุภาคอื่นๆ และมวลรวมของอนุภาค หากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ได้ถูกห้ามโดยกฎการอนุรักษ์พลังงาน โมเมนตัม โมเมนตัมเชิงมุม ประจุไฟฟ้า ประจุแบริออน ฯลฯ

ลักษณะสำคัญของอนุภาคมูลฐาน:อายุการใช้งาน, มวล, การหมุน, ประจุไฟฟ้า, โมเมนต์แม่เหล็ก, ประจุแบริออน, ประจุเลปตัน, ความแปลกประหลาด, การหมุนด้วยไอโซโทป, ความเท่าเทียมกัน, ความเท่าเทียมกันของประจุ, G-parity, CP-parity

การจำแนกประเภท

ตามเวลาชีวิต

• อนุภาคมูลฐานที่เสถียร - อนุภาคที่มีอายุการใช้งานยาวนานอย่างไม่สิ้นสุดในสภาวะอิสระ (โปรตอน อิเล็กตรอน นิวตริโน โฟตอน และปฏิปักษ์ของพวกมัน)
• อนุภาคมูลฐานที่ไม่เสถียร - อนุภาคที่สลายตัวเป็นอนุภาคอื่นในสภาวะอิสระในเวลาจำกัด (อนุภาคอื่นๆ ทั้งหมด)

ตามน้ำหนัก

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองประเภท:

• อนุภาคที่ไม่มีมวล - อนุภาคที่มีมวลเป็นศูนย์ (โฟตอน, กลูออน)
• อนุภาคที่มีมวลไม่เป็นศูนย์ (อนุภาคอื่นๆ ทั้งหมด)

ขนาดด้านหลัง

อนุภาคมูลฐานทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองประเภท:

ตามประเภทของการโต้ตอบ

อนุภาคมูลฐานแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:

อนุภาคคอมโพสิต

• Hadrons เป็นอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทุกประเภท ประกอบด้วยควาร์กและแบ่งออกเป็น:
  • mesons - hadrons ที่มีการหมุนจำนวนเต็มนั่นคือเป็น bosons;
  • แบริออนคือแฮดรอนที่มีการหมุนครึ่งจำนวนเต็ม เช่น เฟอร์มิออน ซึ่งรวมถึงโดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอม - โปรตอนและนิวตรอน

อนุภาคพื้นฐาน (ไม่มีโครงสร้าง)

• Leptons เป็นเฟอร์มิออนที่ดูเหมือนอนุภาคจุด (นั่นคือ พวกมันไม่ประกอบด้วยอะไรเลย) จนถึงระดับ 10 -18 ม. พวกมันไม่ได้มีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่รุนแรง มีการทดลองสังเกตการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับเลปตอนที่มีประจุเท่านั้น (อิเล็กตรอน มิวออน เทา เลปตอน) และไม่ได้สังเกตพบสำหรับนิวตริโน เลปตอนรู้จักมี 6 ชนิด
• ควาร์กเป็นอนุภาคที่มีประจุเป็นเศษเล็กเศษน้อยที่ประกอบเป็นฮาดรอน พวกเขาไม่ได้ถูกสังเกตในสถานะอิสระ (กลไกการกักขังถูกเสนอเพื่ออธิบายการไม่มีข้อสังเกตดังกล่าว) เช่นเดียวกับเลปตัน พวกมันถูกแบ่งออกเป็น 6 ประเภทและถือว่าไม่มีโครงสร้าง อย่างไรก็ตาม พวกมันมีส่วนในการปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงไม่เหมือนเลปตัน
• เกจโบซอน - อนุภาคผ่านการแลกเปลี่ยนซึ่งมีการดำเนินการโต้ตอบ:
  • โฟตอน - อนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า
  • แปดกลูออน อนุภาคที่มีกำลังแรง
  • โบซอนเวกเตอร์ระดับกลางสามตัว W + , W− และ Z 0, แบกปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ;
  • กราวิตอนเป็นอนุภาคสมมุติที่มีปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง การมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงแม้ว่าจะยังไม่ได้รับการพิสูจน์จากการทดลองเนื่องจากความอ่อนแอของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงก็ถือว่าเป็นไปได้ค่อนข้างมาก อย่างไรก็ตาม Graviton ไม่รวมอยู่ในแบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน

ขนาดของอนุภาคมูลฐาน

แม้จะมีอนุภาคมูลฐานที่หลากหลาย แต่ขนาดของอนุภาคเหล่านี้ก็จัดเป็นสองกลุ่มได้ ขนาดของฮาดรอน (ทั้งแบริออนและเมซอน) อยู่ที่ประมาณ 10 -15 เมตร ซึ่งใกล้กับระยะห่างเฉลี่ยระหว่างควาร์กของพวกมัน ขนาดของอนุภาคพื้นฐานที่ไม่มีโครงสร้าง - เกจโบซอน ควาร์ก และเลปตอน - ภายในขอบเขตของข้อผิดพลาดในการทดลองนั้นสอดคล้องกับลักษณะของจุด (ขีดจำกัดบนของเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 −18 ม.) ( ดูคำอธิบาย). หากไม่พบขนาดสุดท้ายของอนุภาคเหล่านี้ในการทดลองเพิ่มเติม อาจบ่งชี้ว่าขนาดของเกจโบซอน ควาร์ก และเลปตอนอยู่ใกล้กับความยาวพื้นฐาน (ซึ่งอาจกลายเป็นความยาวพลังค์เท่ากับ 1.6 10 −35 ม.) .

อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าขนาดของอนุภาคมูลฐานเป็นแนวคิดที่ค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งไม่สอดคล้องกับแนวคิดแบบคลาสสิกเสมอไป ประการแรก หลักการความไม่แน่นอนไม่อนุญาตให้กำหนดตำแหน่งอนุภาคทางกายภาพอย่างเคร่งครัด แพ็กเก็ตเวฟซึ่งเป็นตัวแทนของอนุภาคในฐานะการวางซ้อนของสถานะควอนตัมที่มีการแปลอย่างแม่นยำ มักจะมีมิติที่จำกัดและโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่แน่นอน และขนาดแพ็กเก็ตอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่ - ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนในการทดลองที่มีการรบกวนบน "ความรู้สึก" สองช่อง กรีดอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ทั้งสองแยกจากกันด้วยระยะทางมหภาค ประการที่สอง อนุภาคทางกายภาพเปลี่ยนโครงสร้างของสุญญากาศรอบๆ ตัวมันเอง ทำให้เกิด "เสื้อคลุมขนสัตว์" ของอนุภาคเสมือนระยะสั้น - คู่เฟอร์มิออนกับแอนติเฟอร์เมียน (ดู โพลาไรเซชันแบบสุญญากาศ) และสารพาหะนำการปฏิสัมพันธ์ ขนาดเชิงพื้นที่ของบริเวณนี้ขึ้นอยู่กับประจุของมาตรวัดที่อนุภาคมีอยู่และมวลของโบซอนระดับกลาง (รัศมีของเปลือกของโบซอนเสมือนขนาดใหญ่อยู่ใกล้กับความยาวคลื่นคอมป์ตัน ซึ่งในทางกลับกันจะแปรผกผันกับ มวล). ดังนั้นรัศมีของอิเล็กตรอนจากมุมมองของนิวตริโน (เป็นไปได้เฉพาะอันตรกิริยาที่อ่อนแอระหว่างพวกมัน) เท่ากับความยาวคลื่นคอมป์ตันของ W-bosons โดยประมาณ ~3 × 10 −18 m และขนาดของพื้นที่ของ อันตรกิริยาที่รุนแรงของฮาดรอนถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นคอมป์ตันของฮาดรอนที่เบาที่สุด นั่นคือ pi-meson (~10 −15 ม. ) ซึ่งทำหน้าที่เป็นพาหะของปฏิกิริยา

เรื่องราว

ในขั้นต้น คำว่า "อนุภาคมูลฐาน" หมายถึงสิ่งที่เป็นพื้นฐานอย่างแท้จริง ก้อนอิฐก้อนแรกของสสาร อย่างไรก็ตาม เมื่อมีการค้นพบฮาดรอนหลายร้อยชนิดที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันในปี 1950 และ 1960 เป็นที่ชัดเจนว่าอย่างน้อย Hadrons อย่างน้อยก็มีระดับความเป็นอิสระภายใน กล่าวคือ ในความหมายที่เคร่งครัดของคำว่าระดับประถมศึกษา ความสงสัยนี้ได้รับการยืนยันในภายหลังเมื่อปรากฏว่าแฮดรอนประกอบด้วยควาร์ก

ดังนั้น นักฟิสิกส์จึงขยับลึกเข้าไปในโครงสร้างของสสารเล็กน้อย: ส่วนที่เป็นจุดเบื้องต้นที่สุดของสสารถูกพิจารณาว่าเป็นเลปตอนและควาร์ก สำหรับพวกเขา (พร้อมกับเกจโบซอน) คำว่า " พื้นฐานอนุภาค".

ทฤษฎีสตริงซึ่งได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขันตั้งแต่กลางทศวรรษ 1980 ถือว่าอนุภาคมูลฐานและปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคนั้นเป็นผลมาจาก ประเภทต่างๆการสั่นสะเทือนของ "สตริง" ขนาดเล็กโดยเฉพาะ

รุ่นมาตรฐาน

แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐานประกอบด้วยเฟอร์เมียน 12 รส แอนติพาร์ติเคิลที่สอดคล้องกัน ตลอดจนเกจโบซอน (โฟตอน กลูออน W- และ Z-bosons) ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคและ Higgs boson ที่ค้นพบในปี 2012 ซึ่งมีหน้าที่ในการมีอยู่ของมวลเฉื่อยในอนุภาค อย่างไรก็ตาม แบบจำลองมาตรฐานส่วนใหญ่ถือเป็นทฤษฎีชั่วคราวมากกว่าทฤษฎีพื้นฐานอย่างแท้จริง เนื่องจากไม่รวมถึงแรงโน้มถ่วงและประกอบด้วยพารามิเตอร์อิสระหลายสิบตัว (มวลอนุภาค ฯลฯ) ซึ่งค่าไม่ได้เป็นไปตามทฤษฎีโดยตรง อาจมีอนุภาคมูลฐานที่แบบจำลองมาตรฐานไม่ได้อธิบายไว้ เช่น กราวิตอน (อนุภาคที่มีแรงโน้มถ่วงตามสมมุติฐาน) หรืออนุภาคสมมาตรยิ่งยวดของอนุภาคธรรมดา แบบจำลองนี้อธิบายอนุภาคทั้งหมด 61 อนุภาค

Fermions

เฟอร์มิออน 12 รส แบ่งออกเป็น 3 ตระกูล (รุ่น) อย่างละ 4 อนุภาค หกของพวกเขาเป็นควาร์ก อีกหกตัวเป็นเลปตอน สามตัวเป็นนิวตริโน และอีกสามตัวที่เหลือมีประจุลบเป็นหน่วย ได้แก่ อิเล็กตรอน มิวออน และเทาเลปตอน

รุ่นของอนุภาค

รุ่นแรก	รุ่นที่สอง	รุ่นที่สาม
อิเล็กตรอน: อี-	มูน: μ −	เทา เลปตัน: τ −
อิเล็กตรอนนิวตริโน: วี อี	มูออน นิวตริโน: ν μ	เอกภาพนิวตริโน: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau ))
ยู-ควาร์ก ("บนสุด"): ยู	c-quark ("หลงเสน่ห์"): ค	ที-ควาร์ก ("จริง"): t
ดี-ควาร์ก ("ด้านล่าง"): d	s-quark ("แปลก"): ส	b-quark ("มีเสน่ห์"): ข

ปฏิปักษ์

นอกจากนี้ยังมีปฏิปักษ์เฟอร์มิโอนิก 12 ตัวที่สอดคล้องกับอนุภาคทั้งสิบสองข้างต้น

ปฏิปักษ์

รุ่นแรก	รุ่นที่สอง	รุ่นที่สาม
โพซิตรอน: อี +	มิวออนบวก: μ +	บวก tau lepton: τ +
แอนตินิวตริโนอิเล็กทรอนิกส์: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e))	มูออน แอนตินิวตริโน: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu ))	เทาแอนตินิวตริโน: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau ))
ยู-แอนติควาร์ก: u ¯ (\displaystyle (\bar(u)))	ค-แอนติควาร์ก: c ¯ (\displaystyle (\bar (c)))	t-แอนติควาร์ก: t ¯ (\displaystyle (\bar(t)))
d-แอนติควาร์ก: d ¯ (\displaystyle (\bar (d)))	ส-แอนติควาร์ก: s ¯ (\displaystyle (\bar (s)))	ข-แอนติควาร์ก: b ¯ (\displaystyle (\bar (b)))

ควาร์ก

ควาร์กและแอนติควาร์กไม่เคยถูกพบในสภาวะอิสระ - สิ่งนี้อธิบายโดยปรากฏการณ์

รังสีอัลฟ่า(a)- ฮีเลียมไอออนที่มีประจุบวก (He ++) บินออกจากนิวเคลียสของอะตอมด้วยความเร็ว 14,000-20,000 กม. / ชม. พลังงานอนุภาคคือ 4-9 MeV ตามกฎแล้วมีการแผ่รังสีเอในองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีธรรมชาติที่หนักและส่วนใหญ่ (เรเดียมทอเรียม ฯลฯ ) พิสัยของอนุภาคเอในอากาศจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของพลังงานของการแผ่รังสีเอ

ตัวอย่างเช่น, a-อนุภาคทอเรียม(Th232) มีพลังงาน 3.9 V MeV วิ่งในอากาศ 2.6 ซม. และอนุภาคเรเดียม C ที่มีพลังงาน 7.68 MeV มีการวิ่ง 6.97 ซม. ความหนาของตัวดูดซับต่ำสุดที่จำเป็นสำหรับการดูดกลืนอนุภาคทั้งหมดเรียกว่า เรียกใช้อนุภาคเหล่านี้ในสารที่กำหนด ช่วงของอนุภาค a ในน้ำและเนื้อเยื่อ 0.02-0.06 มม.

a-อนุภาคดูดซับอย่างสมบูรณ์ด้วยกระดาษทิชชู่หรืออลูมิเนียมบาง ๆ หนึ่งใน คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดการแผ่รังสีเอเป็นผลให้เกิดไอออไนซ์ที่รุนแรง ระหว่างทางเคลื่อนที่ อนุภาคในก๊าซจะก่อตัวเป็นไอออนจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ในอากาศที่ความดัน 15° และ 750 มม. อนุภาคหนึ่งตัวสร้างไอออน 150,000-250,000 คู่ ขึ้นอยู่กับพลังงานของมัน

ตัวอย่างเช่น ไอออไนซ์จำเพาะในอากาศ อนุภาคเอจากเรดอนมีพลังงาน 5.49 MeV เป็นไอออน 2,500 คู่ต่อเส้นทาง 1 มม. ความหนาแน่นของไอออไนเซชันที่ส่วนท้ายของการวิ่งของอนุภาค α เพิ่มขึ้น ดังนั้นความเสียหายต่อเซลล์ที่สิ้นสุดการวิ่งจะมากกว่าช่วงเริ่มต้นของการวิ่งประมาณ 2 เท่า

คุณสมบัติทางกายภาพ a-อนุภาคกำหนดคุณสมบัติของผลกระทบทางชีวภาพต่อร่างกายและวิธีการป้องกันรังสีชนิดนี้ การฉายรังสีภายนอกด้วยรังสีเอกซ์นั้นไม่เป็นอันตราย เนื่องจากการเคลื่อนตัวออกห่างจากแหล่งกำเนิดเพียงไม่กี่ (10-20) เซนติเมตร ก็เพียงพอแล้ว หรือติดตั้งฉากกั้นที่ทำจากกระดาษ ผ้า อลูมิเนียม และวัสดุทั่วไปอื่นๆ เพื่อให้รังสีมี ดูดซึมได้อย่างสมบูรณ์

ยิ่ง รังสีอันตรายแสดงเมื่อถูกชนและฝากไว้ภายในองค์ประกอบ a-emitting กัมมันตภาพรังสี ในกรณีเหล่านี้ เซลล์และเนื้อเยื่อของร่างกายจะถูกฉายรังสีโดยตรง

เบต้า (b) -รังสี- กระแสอิเล็กตรอนพุ่งออกมาจากนิวเคลียสของอะตอมด้วยความเร็วประมาณ 100,000-300,000 กม. / วินาที พลังงานสูงสุดของอนุภาคอนุภาคอยู่ในช่วง 0.01 ถึง 10 MeV ประจุของอนุภาค b มีค่าเท่ากับเครื่องหมายและขนาดของประจุของอิเล็กตรอน การเปลี่ยนแปลงกัมมันตภาพรังสีของประเภท b-decay นั้นแพร่หลายในองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติและประดิษฐ์

รังสีเอกซ์มีพลังทะลุทะลวงมากกว่ารังสีเอกซ์ พิสัยของพวกมันในอากาศมีตั้งแต่เศษส่วนของมิลลิเมตรจนถึงหลายเมตรทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพลังงานของรังสีเอกซ์ ดังนั้นช่วงของอนุภาค b ที่มีพลังงาน 2-3 MeV ในอากาศคือ 10-15 ม. และในน้ำและเนื้อเยื่อจะวัดเป็นมิลลิเมตร ตัวอย่างเช่น ช่วงของอนุภาค b ที่ปล่อยออกมาจากฟอสฟอรัสกัมมันตภาพรังสี (P32) ที่มีพลังงานสูงสุด 1.7 MeV ในเนื้อเยื่อคือ 8 มม.

b-อนุภาคที่มีพลังงานเท่ากับ 1 MeV สามารถสร้างไอออนได้ประมาณ 30,000 คู่ในอากาศ ความสามารถในการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาค b นั้นน้อยกว่าอนุภาค a ที่มีพลังงานเดียวกันหลายเท่า

การสัมผัสกับรังสีเอกซ์ในร่างกายสามารถแสดงออกได้ทั้งด้วยการฉายรังสีภายนอกและภายในในกรณีที่มีการกลืนกินสารออกฤทธิ์ที่ปล่อยอนุภาค b เข้าสู่ร่างกาย เพื่อป้องกันรังสี b-ray ในระหว่างการฉายรังสีภายนอก จำเป็นต้องใช้ฉากกั้นที่ทำจากวัสดุ (แก้ว อลูมิเนียม ตะกั่ว ฯลฯ) ความเข้มของรังสีลดลงได้โดยการเพิ่มระยะห่างจากแหล่งกำเนิด

นิวเคลียสทำมาจากอะไร? ส่วนต่าง ๆ ของนิวเคลียสถูกยึดเข้าด้วยกันอย่างไร? พบว่ามีกองกำลังขนาดมหึมาซึ่งยึดส่วนประกอบต่างๆ ของนิวเคลียสไว้ เมื่อพลังเหล่านี้ถูกปลดปล่อย พลังงานที่ปล่อยออกมานั้นมหาศาลเมื่อเทียบกับพลังงานเคมี มันเหมือนกับการเปรียบเทียบการระเบิดของระเบิดปรมาณูกับการระเบิดของทีเอ็นที สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการระเบิดปรมาณูเกิดจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส ในขณะที่ระหว่างการระเบิดของทีเอ็นที เฉพาะอิเล็กตรอนบนเปลือกนอกของอะตอมเท่านั้นที่ถูกจัดเรียงใหม่

แล้วแรงที่ยึดนิวตรอนและโปรตอนไว้ด้วยกันในนิวเคลียสคืออะไร?

ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับอนุภาค - โฟตอน ในทำนองเดียวกัน ยูกาวะแนะนำว่าแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนและนิวตรอนมีสนามชนิดพิเศษ และการสั่นของสนามนี้มีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค ซึ่งหมายความว่าเป็นไปได้ว่านอกจากนิวตรอนและโปรตอนแล้ว ยังมีอนุภาคอื่นๆ ในโลกอีกด้วย ยูคาวะสามารถสรุปคุณสมบัติของอนุภาคเหล่านี้ได้จากคุณลักษณะที่ทราบกันดีอยู่แล้วของแรงนิวเคลียร์ ตัวอย่างเช่น เขาทำนายว่าพวกมันควรมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอน 200-300 เท่า และโอ้ปาฏิหาริย์! - เพิ่งค้นพบอนุภาคที่มีมวลดังกล่าวในรังสีคอสมิก! อย่างไรก็ตาม ไม่นานมานี้กลับกลายเป็นว่านี่ไม่ใช่อนุภาคเดียวกันเลย พวกเขาเรียกมันว่า มูน หรือ มูน

และหลังจากนั้นไม่นาน ในปี 1947 หรือ 1948 อนุภาค π-meson หรือ pion ก็ถูกค้นพบที่ตรงตามข้อกำหนดของ Yukawa ปรากฎว่าเพื่อให้ได้แรงนิวเคลียร์จะต้องเพิ่มไพออนให้กับโปรตอนและนิวตรอน "มหัศจรรย์! - คุณจะร้องอุทาน - ด้วยความช่วยเหลือของทฤษฎีนี้ ตอนนี้ เราจะสร้างพลวัตของนิวเคลียร์ควอนตัม และ pion จะให้บริการตามวัตถุประสงค์ที่ Yukawa แนะนำพวกเขา มาดูกันว่าทฤษฎีนี้ได้ผลหรือไม่ และถ้าเป็นเช่นนั้น เราจะอธิบายทุกอย่าง” หมดหวัง! ปรากฎว่าการคำนวณในทฤษฎีนี้ซับซ้อนมากจนยังไม่มีใครทำสำเร็จและดึงผลที่ตามมาออกจากทฤษฎีนี้ ไม่มีใครมีโชคในการเปรียบเทียบกับการทดลอง และดำเนินมาเกือบ 20 ปีแล้ว!

มีบางอย่างไม่ยึดติดกับทฤษฎี เราไม่รู้ว่าจริงหรือไม่ อย่างไรก็ตาม เรารู้อยู่แล้วว่ามีบางอย่างขาดหายไป มีความผิดปกติบางอย่างแฝงตัวอยู่ในนั้น ขณะที่เรากำลังเหยียบย่ำทฤษฎี พยายามคำนวณผลที่ตามมา ผู้ทดลองค้นพบบางสิ่งในช่วงเวลานี้ ก็ μ-เมซอน หรือ มิวออน ตัวเดียวกัน และเรายังไม่รู้ว่ามันดีสำหรับอะไร อีกครั้ง พบอนุภาค "พิเศษ" จำนวนมากในรังสีคอสมิก จนถึงปัจจุบันมีมากกว่า 30 ตัวแล้วและความเชื่อมโยงระหว่างพวกเขายังคงเข้าใจยากและยังไม่ชัดเจนว่าธรรมชาติต้องการอะไรจากพวกเขาและขึ้นอยู่กับใคร ต่อหน้าเรา อนุภาคเหล่านี้ยังไม่ปรากฏเป็นการแสดงออกที่แตกต่างกันของสาระสำคัญเดียวกัน และความจริงที่ว่ามีกลุ่มของอนุภาคที่แตกต่างกันเป็นเพียงภาพสะท้อนของการมีอยู่ของข้อมูลที่ไม่ต่อเนื่องกันโดยไม่มีทฤษฎีที่ยอมรับได้ หลังจากความสำเร็จที่ปฏิเสธไม่ได้ของควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิก - ข้อมูลบางชุดจากฟิสิกส์นิวเคลียร์ เศษความรู้ กึ่งประสบการณ์ กึ่งทฤษฎี พวกเขาถูกถามโดยธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ของโปรตอนกับนิวตรอนและดูว่าอะไรจะเกิดขึ้นโดยไม่เข้าใจว่าแรงเหล่านี้มาจากไหน นอกเหนือจากที่อธิบายไว้แล้วยังไม่มีความคืบหน้าที่สำคัญ

แต่ องค์ประกอบทางเคมีท้ายที่สุด ก็ยังมีอีกมาก และทันใดนั้น ระหว่างพวกเขาก็เป็นไปได้ที่จะเห็นการเชื่อมต่อที่แสดงโดยตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ สมมติว่าโพแทสเซียมและโซเดียม - สารที่มีคุณสมบัติทางเคมีใกล้เคียงกัน - ในตารางตกอยู่ในคอลัมน์เดียว ดังนั้นเราจึงพยายามสร้างตารางเหมือนตารางธาตุสำหรับอนุภาคใหม่ Gell-Mann ในสหรัฐอเมริกาและ Nishijima ในญี่ปุ่นเสนอตารางดังกล่าวอย่างอิสระ พื้นฐานของการจัดประเภทคือตัวเลขใหม่ เช่น ประจุไฟฟ้า มันถูกกำหนดให้กับแต่ละอนุภาคและเรียกว่า "ความแปลกประหลาด" S. ตัวเลขนี้ไม่เปลี่ยนแปลง (เช่นเดียวกับประจุไฟฟ้า) ในปฏิกิริยาที่เกิดจากแรงนิวเคลียร์

ในตาราง. 2.2 แสดงอนุภาคใหม่ เราจะไม่พูดถึงรายละเอียดในตอนนี้ แต่ตารางอย่างน้อยก็แสดงให้เห็นว่าเรายังรู้น้อยเพียงใด ภายใต้สัญลักษณ์ของแต่ละอนุภาคคือมวลของมันซึ่งแสดงเป็นหน่วยที่เรียกว่า megaelectronvolts หรือ MeV (1 MeV คือ 1.782 * 10 -27 G). เราจะไม่เข้าสู่เหตุผลทางประวัติศาสตร์ที่บังคับให้มีการแนะนำหน่วยนี้ อนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าในตารางด้านบน ในคอลัมน์หนึ่งมีอนุภาคของประจุไฟฟ้าเดียวกัน เป็นกลาง - ตรงกลาง บวก - ขวา ลบ - ไปทางซ้าย

อนุภาคถูกขีดเส้นใต้ด้วยเส้นทึบ "เรโซแนนซ์" - พร้อมจังหวะ ไม่มีอนุภาคในตารางเลย: ไม่มีโฟตอนและกราวิตอน อนุภาคที่สำคัญมากที่มีมวลและประจุเป็นศูนย์ (ไม่ตกอยู่ในรูปแบบการจัดหมวดหมู่แบริออน-เมสัน-เลปตัน) และไม่มีเรโซแนนซ์ใหม่ (φ , f, Y * ฯลฯ .) แอนติพาร์ติเคิลของมีซอนอยู่ในตาราง และสำหรับแอนติพาร์ติเคิลของเลปตันและแบริออน จำเป็นต้องรวบรวมตารางใหม่ที่คล้ายกับตารางนี้ แต่จะสะท้อนเฉพาะในส่วนที่เกี่ยวกับคอลัมน์ศูนย์เท่านั้น แม้ว่าอนุภาคทั้งหมด ยกเว้นอิเล็กตรอน นิวตริโน โฟตอน กราวิตอน และโปรตอน จะไม่เสถียร ผลิตภัณฑ์จากการสลายของพวกมันถูกเขียนขึ้นเพื่อการเรโซแนนซ์เท่านั้น ความแปลกประหลาดของ leptons ไม่ได้ถูกเขียนขึ้นเนื่องจากแนวคิดนี้ใช้ไม่ได้กับพวกมัน - พวกมันไม่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงกับนิวเคลียส

อนุภาคที่รวมกับนิวตรอนและโปรตอนเรียกว่าแบริออน นี่คือ "แลมบ์ดา" ที่มีมวล 1115.4 MeV และ "ซิกมา" อีกสามตัวที่เรียกว่า ซิกมาลบ ซิกมาศูนย์ ซิกมาพลัส ซึ่งมีมวลเกือบเท่ากัน กลุ่มอนุภาคที่มีมวลเกือบเท่ากัน (ผลต่าง 1-2%) เรียกว่ามัลติเพลต อนุภาคทั้งหมดในทวีคูณมีความแปลกประหลาดเหมือนกัน มัลติเพล็ตแรกคือโปรตอนคู่ (ดับเบิ้ล) - นิวตรอน จากนั้นแลมบ์ดาเสื้อกล้าม (เดี่ยว) ตามด้วยซิกมาแฝด (สามเท่า) ดับเบิ้ล xi และโอเมก้าลบ เริ่มในปี 2504 มีการค้นพบอนุภาคหนักชนิดใหม่ แต่เป็นอนุภาค? พวกมันมีช่วงชีวิตที่สั้นมาก (สลายตัวทันทีที่ก่อตัว) ซึ่งไม่ทราบว่าจะเรียกพวกมันว่าอนุภาคใหม่หรือพิจารณาว่าเป็นปฏิกิริยา "สะท้อน" ระหว่างผลิตภัณฑ์ที่สลายตัว กล่าวคือ Λ และ π ที่จุดตายตัว พลังงาน.

สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์นอกเหนือจากแบริออนจำเป็นต้องมีอนุภาคอื่น - มีซอน ประการแรกคือไพออนสามชนิด (บวก ศูนย์และลบ) สร้างแฝดสามใหม่ พบอนุภาคใหม่ - K-mesons (นี่คือ doublet K+ และ K 0 ). อนุภาคทุกตัวมีปฏิปักษ์ เว้นแต่ว่าอนุภาคจะเป็นปฏิปักษ์ของมันเอง พูดว่า π+ และ π- เป็นปฏิปักษ์ของกันและกัน a π 0 เป็นปฏิปักษ์ของมันเอง ปฏิปักษ์และ K- ด้วย K + และ K 0 พร้อม K 0 `. นอกจากนี้ หลังปี 1961 เราเริ่มค้นพบมีซอนใหม่ หรือชนิดของมีซอน ซึ่งสลายไปเกือบจะในทันที ความอยากรู้อยากเห็นอย่างหนึ่งเรียกว่าโอเมก้า ω มวลของมันคือ 783 มันกลายเป็นสามไพออน มีรูปแบบอื่นซึ่งได้พีออนหนึ่งคู่

ธาตุหายากบางชนิดหลุดออกจากตารางธาตุที่ประสบความสำเร็จ อนุภาคบางตัวก็หลุดออกจากตารางของเรา อนุภาคเหล่านี้เป็นอนุภาคที่ไม่มีปฏิกิริยารุนแรงกับนิวเคลียส ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ และยังไม่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงต่อกันและกัน (เข้าใจว่าเป็นปฏิกิริยาที่ทรงพลังซึ่งให้พลังงานปรมาณู) อนุภาคเหล่านี้เรียกว่าเลปตอน สิ่งเหล่านี้รวมถึงอิเล็กตรอน (อนุภาคที่เบามากที่มีมวล 0.51 MeV) และมิวออน (ที่มีมวล 206 เท่าของอิเล็กตรอน) เท่าที่เราสามารถตัดสินได้จากการทดลองทั้งหมด อิเล็กตรอนและมิวออนต่างกันในมวลเท่านั้น คุณสมบัติทั้งหมดของมิวออน ปฏิกิริยาทั้งหมดไม่แตกต่างจากคุณสมบัติของอิเล็กตรอน - มีเพียงอันเดียวเท่านั้นที่หนักกว่าอีกอันหนึ่ง ทำไมหนักกว่า มีประโยชน์อะไรเราไม่รู้ นอกจากนี้ยังมีไรที่เป็นกลาง - นิวทริโนที่มีมวลเป็นศูนย์ ยิ่งกว่านั้น เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามีนิวตริโนอยู่สองประเภท: ชนิดหนึ่งเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนและอีกชนิดหนึ่งเกี่ยวข้องกับมิวออน

ในที่สุดก็มีอนุภาคอีกสองอนุภาคที่ไม่มีปฏิกิริยากับนิวเคลียส หนึ่งที่เรารู้อยู่แล้วคือโฟตอน และถ้าสนามโน้มถ่วงมีคุณสมบัติเชิงกลของควอนตัมด้วย (แม้ว่าทฤษฎีความโน้มถ่วงควอนตัมจะยังไม่ได้รับการพัฒนา) บางทีอาจมีอนุภาคกราวิตอนที่มีมวลเป็นศูนย์ด้วย

"มวลศูนย์" คืออะไร? มวลที่เราให้คือมวลของอนุภาคที่อยู่นิ่ง หากอนุภาคมีมวลเป็นศูนย์ก็หมายความว่ามันไม่กล้าพักผ่อน โฟตอนไม่เคยหยุดนิ่ง มีความเร็ว 300,000 กม./วินาทีเสมอ เราจะยังคงเข้าใจทฤษฎีสัมพัทธภาพและพยายามเจาะลึกถึงความหมายของแนวคิดเรื่องมวล

ดังนั้นเราจึงได้เจออนุภาคต่างๆ ที่รวมกันดูเหมือนจะเป็นส่วนพื้นฐานของสสาร โชคดีที่อนุภาคเหล่านี้ไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์แตกต่างกันทั้งหมด เห็นได้ชัดว่ามีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันเพียงสี่ประเภทเท่านั้น เราเรียงตามลำดับความแรงที่ลดลง: แรงนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาทางไฟฟ้า (อันตรกิริยา β-สลายตัวและความโน้มถ่วง โฟตอนโต้ตอบกับอนุภาคที่มีประจุทั้งหมดด้วยแรงที่กำหนดโดยค่าคงที่จำนวน 1/137 กฎโดยละเอียดของการเชื่อมต่อนี้เป็นที่รู้จัก - นี่คือควอนตัมอิเล็กโตรไดนามิกส์ แรงโน้มถ่วงทำปฏิกิริยากับพลังงานใดๆ แต่อ่อนมาก อ่อนกว่าไฟฟ้ามาก และกฎข้อนี้ก็เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว จากนั้นก็มีสิ่งที่เรียกว่าการสลายตัวแบบอ่อน: β-decay เนื่องจากนิวตรอนสลายตัวไปค่อนข้างช้า โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน กฎนี้ถูกชี้แจง และปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงที่เรียกว่ามีสัน (พันธะของเมซอนกับแบริออน) มีแรงเท่ากับหนึ่งในระดับนี้และกฎของมันก็คลุมเครือแม้ว่าบางส่วน กฎเกณฑ์ต่างๆ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เช่น จำนวนแบริออนไม่เปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาใดๆ

สถานการณ์ที่ฟิสิกส์สมัยใหม่พบว่าตัวเองต้องถือว่าแย่มาก ฉันจะสรุปในคำพูดเหล่านี้: นอกแก่นแท้ ดูเหมือนเราจะรู้ทุกอย่าง ภายในกลศาสตร์ควอนตัมนั้นถูกต้องไม่พบการละเมิดหลักการที่นั่น

ขั้นที่ความรู้ทั้งหมดของเราดำเนินการคืออวกาศ-เวลาเชิงสัมพัทธภาพ เป็นไปได้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเกี่ยวข้องกับมันด้วย เราไม่รู้ว่าจักรวาลเริ่มต้นอย่างไร และเราไม่เคยตั้งค่าการทดลองเพื่อทดสอบแนวคิดของเราเกี่ยวกับกาลอวกาศอย่างถูกต้องแม่นยำในระยะทางสั้นๆ เรารู้เพียงว่านอกระยะทางเหล่านี้ มุมมองของเราจะไม่ผิดเพี้ยน หนึ่งยังสามารถเพิ่มเติมว่ากฎของเกมคือหลักการ กลศาสตร์ควอนตัม; และเท่าที่เราทราบ พวกมันนำไปใช้กับอนุภาคใหม่ ไม่ได้เลวร้ายไปกว่าอนุภาคเก่า การค้นหาที่มาของแรงนิวเคลียร์นำเราไปสู่อนุภาคใหม่ แต่การค้นพบทั้งหมดนี้ทำให้เกิดความสับสนเท่านั้น เราไม่มีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน แม้ว่าเราจะได้เห็นความเชื่อมโยงที่ชัดเจนระหว่างพวกเขาแล้วก็ตาม เห็นได้ชัดว่าเรากำลังค่อยๆ เข้าใกล้ความเข้าใจในโลกของอนุภาคที่อยู่นอกเหนืออะตอม แต่ก็ไม่รู้ว่าเราได้ไปตามเส้นทางนี้มาไกลแค่ไหนแล้ว