Стандартная модель элементарных частиц

В масштабах микромира фактически теряется разни­ца между частицами вещества и частицами (квантами) поля, поэтому в соответствии с общепринятой в настоя­щее время стандартной моделью все известные на сего­дняшний день элементарные частицы делятся на два боль­ших класса: частицы — источники взаимодействий и час­тицы — переносчики взаимодействий.

Частицы первого класса в свою очередь подразделяют­ся на две группы, отличающиеся тем, что частицы первой группы — адроны — участвуют во всех четырех фунда­ментальных взаимодействиях, включая сильные, а части­цы второй группы — лептоны — не участвуют в сильных взаимодействиях. К адронам относится очень много раз­личных элементарных частиц, большинство из которых имеет своего «двойника» — античастицу. Как правило, это довольно массивные частицы с малым временем жиз­ни. Исключение составляют нуклоны, причем считается, что время жизни протона превышает возраст Вселенной.

Лептонами являются шесть элементарных частиц: элек­трон е, мюон μ и таон τ, а также связанные с ними три нейтрино v_e, v_y и v_τ . Кроме того, каждая из этих частиц также имеет своего «двойника» - соответствующую ан­тичастицу. Все лептоны настолько похожи друг на друга по некоторым, специфическим в масштабах микромира свойствам, что мюон и таон можно было бы назвать тяже­лыми электронами, а нейтрино — электронами, «потеряв­шими» заряд и массу. В то же время, в отличие от элек­тронов, мюоны и таоны являются радиоактивными, а все нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с вещест­вом и поэтому настолько неуловимы, что, например, их поток проходит через Солнце, практически не ослабля­ясь. Отметим, что нейтрино в последнее время привлека­ют к себе огромный интерес, особенно в связи с проблема­ми космологии, так как считается, что в потоках нейтри­но сосредоточена значительная часть массы Вселенной.

Что касается адронов, то сравнительно недавно, около 30 лет назад, физики обнаружили еще один «этаж» в их строении. Рассматриваемая стандартная модель предпо­лагает, что все адроны являются суперпозицией несколь­ких кварков и антикварков. Кварки различаются по свой­ствам, многие из которых не имеют аналогов в макроми­ре. Различные кварки обозначаются буквами латинского алфавита: u (up), d (down), с (charm), b (beauty), s (strange), t (truth). Кроме того, каждый из перечисленных кварков может существовать в трех состояниях, которые называ­ются «цветом»: «синем», «зеленом» и «красном». В по­следнее время стало общепринятым говорить еще и об «аромате» кварка — так называют все его параметры, не зависящие от «цвета». Конечно, все эти термины не име­ют ничего общего с обычными значениями соответствую­щих слов. Этими вполне научными терминами обознача­ются физические характеристики, которым, как прави­ло, невозможно дать макроскопическую интерпретацию. Предполагается, что кварки имеют дробный электриче­ский заряд -е/3и +2е/3, где е = 1, 6х10^-19Кл — заряд элек­трона, и взаимодействуют друг с другом с «силой», увеличивающейся с расстоянием. Поэтому кварки нельзя «разорвать», они не могут существовать отдельно друг от друга. В определенном смысле кварки являются «на­стоящими», «истинными» элементарными частицами для адронной формы материи. Теория, описывающая поведе­ние и свойства кварков, называется квантовой хромодинамикой.

Частицы — переносчики взаимодействий включают восемь глюонов (от англ. слова glue— «клей»), ответст­венных за сильные взаимодействия кварков и антиквар­ков, фотон, осуществляющий электромагнитное взаимо­действие, промежуточные бозоны, которыми обменива­ются слабовзаимодействующие частицы, и гравитон, принимающий участие в универсальном гравитационном взаимодействии между всеми частицами.