Николай Горькавый - Неоткрытые миры

Химик Менделеев проанализировал свойства химических элементов и нашёл в них закономерности, которые привели к открытию Периодического закона. На основании этого закона Менделеев предсказал существование ещё не открытых химических элементов и даже заранее вычислил их массу и другие характеристики.

Аналогично поступили и физики: они изучили свойства всех известных элементарных частиц и нашли, что их можно разделить натри группы: лептоны, кварки и кванты полей.

Исходя из этой классификации, шотландец Хиггс, бельгиец Энглерт и другие физики создали теорию элементарных частиц и предсказали открытие нескольких ранее неизвестных частиц, в частности бозон Хиггса. Для этих неоткрытых частиц удалось вычислить массу и другие характеристики. Несколько десятилетий экспериментаторы, работающие на ускорителях, искали эти частицы — и нашли абсолютно все, включая бозон Хиггса, который журналисты любят называть «частицей бога» — настолько фундаментальной во всех смыслах оказалась эта частица.

— Звучит как-то двусмысленно, — сказал Андрей, — Словно бог состоит только из бозонов Хиггса.

— Термин «божья частица» появился в заголовке книги нобелевского лауреата Леона Ледермана. Он сначала хотел назвать бозон Хиггса «чёртовой частицей», но редактор книги не согласился — и «чёртову» частицу переделали в «божью», тем более что в английском языке для этого просто нужно отрезать вторую половину слова.

— Как тонка оказалась грань между чёрным и белым! — хихикнула по-детски королева Никки, слушавшая сказку с таким же вниманием, как и дети.

— Эксперименты, полностью подтвердившие теорию кварков, сделали её Стандартной для элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий. В 2013 году за эту теорию Питеру Хиггсу и Франсуа Энглерту была присуждена Нобелевская премия.

Что говорит Стандартная теория об основных группах элементарных частиц?

Самым известным представителем группы лептонов является электрон. Два других лептона — мюон и частица тау — похожи по свойствам на электрон, только гораздо тяжелее его и нестабильны. Мюон тяжелее электрона в 207 раз, и живёт он всего две миллионных доли секунды.

— Так мало? — удивилась Галатея.

— Так много! — возразила Дзинтара. — Другие нестабильные элементарные частицы живут гораздо меньше. Среди нестабильных частиц дольше мюона живёт только свободный нейтрон. Мюоны рождаются при столкновении космических лучей с атмосферой, но за счёт своей длинной жизни, которая дополнительно продлевается из-за скорости частицы…

— Согласно теории относительности Эйнштейна, — отметил педантичный Андрей, состоящий частично из коричневых кубиков.

— …мюоны могут достигать поверхности Земли. То есть мы все живём в потоке мюонов, летящих сверху. Исследователи пробуют использовать этот поток для просвечивания египетских пирамид и поиска там пустот, в которых могут размещаться гробницы фараонов.

— Да, это лучше, чем лопатой махать! — согласилась Галатея.

— Частица тау живёт в миллионы раз меньше, чем мюон, зато тяжелее электрона в три с половиной тысячи раз. Этим трём лептонам соответствуют три вида нейтрино. Все они стабильны. Нестабильный мюон любит распадаться на электрон и два вида нейтрино — мюонное и электронное, а частица тау может распасться на мюон, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Группа из шести лептонов дополняется шестью соответствующими античастицами.

Вторая группа элементарных частиц, самая загадочная — кварки. Это те самые внутренние уплотнения, найденные в протоне.

— Найденные в результате жестокого обращения с элементарными частицами, — отметила Галатея.

— В свободном состоянии никто кварки не наблюдал, они могут существовать только связанными друг с другом.

— Какая дружба! — снова не удержалась от комментария Галатея.

— Как и лептонов, кварков тоже шесть плюс столько же антикварков. Шесть кварков называют так: «нижний», «верхний», «прелестный», «очарованный», «странный» и «истинный». Самый лёгкий — «верхний кварк», всего лишь в несколько раз превосходит электрон по массе, зато самый тяжёлый — «истинный кварк» — в сотни тысяч раз тяжелее электрона.

— «Истинный» и «очарованный»! — восхищённо повторила Галатея, — Я уверена, что состою только из самых прелестных кварков!

— Соединения кварков называются адронами. Адронов очень много, но самые известные из них — протон и нейтрон, каждый из которых состоит из трёх кварков. Мезоны — это тоже адроны, возникшие при соединении двух кварков, но могут существовать адроны из четырёх и пяти кварков. Если принять заряд электрона за единицу, то все кварки имеют электрические заряды 1/3 и 2/3, только разного знака. Так как в природе не наблюдается элементарных частиц с таким дробным зарядом, то кварки должны соединяться таким образом, чтобы итоговая частица имела целый заряд (как у электрона) или была нейтральна.