Строение вещества
Внутри атома любого вещества находится ядро, вокруг которого по орбиталям перемещаются электроны. Ядро составляет большую часть массы атома и включает в себя частицы протоны и нейтроны.
В середине прошлого века было установлено пять видов элементарных частиц:
- электрон;
- протон;
- нейтрон;
- фотон;
- нейтрино.
Изобретение коллайдера позволило сделать вывод о наличии элементарных частиц на следующем уровне. Поэтому потребовалось более глубокое погружение в строение вещества и расширение теоретических основ. Так и появилась Стандартная модель (СМ). К списку элементарных частиц были добавлены бозоны и фермионы. С учетом разновидностей сегодня СМ насчитывает 61 частицу.
Взаимодействия
Среди фундаенталных взаимодействий выделяют:
- электромагнитное;
- слабое;
- сильное
- гравитационное.
Последний вид не рассматривается в рамках теории Стандартной модели.
Электромагнитное взаимодействие имеет место при наличии у частиц зарядов.
К слабым взаимодействиям относятся процессы ядерного распада (β-распад) и распада частиц. Слабое взаимодействие отличается от сильного и электромагнитного более низкой интенсивностью.
Сильное взаимодействие – это взаимодействие на уровне ядер с участием кварков, глюонов и адронов. Образующиеся ядерные силы приводят к формированию атомных ядер.
В субъядерной физике практически не действуют силы гравитации, поэтому в этом разделе их действие не рассматривается.
Фермионы
Эти частицы считаются своего рода кирпичиками, из которых образуется материя. К этому типу частиц относят кварки и лептоны по 6 разновидностей каждой (всего 12 ароматов). Спин фермионам равен ½.
Кварки обладают цветом и принимают участия в сильных взаимодействиях, в том числе электромагнитных. Кварки могут объединяться в двойные (мезоны) и тройные (барионы) частицы.
Лептоны в сильных взаимодействиях не участвуют, но подвиды мюон. Электрон и таон имеют электрический заряд, а, значит, могут участвовать в слабых электромагнитных взаимодействиях. Лептон «нейтрино» незаряженная частица и участвует только в простых взаимодействиях.
Бозоны
У этих частиц спин – целое число. Различают элементарные и составные бозоны.
К элементарным бозонам относятся частицы:
- глюон (участие в сильном взаимодействии);
- фотон (участие в электромагнитном взаимодействии);
- бозоны W+, W-, Z (участие в слабом взаимодействии);
- бозон Хиггса.
Перечисленные частицы являются переносчиками фундаментальных взаимодействий, представляя собой кванты калибровочных полей. Бозон Хиггса ответственен за перенос массы при слабых взаимодействиях.
Бозоны W±, и Z – переносчики слабого взаимодействия. При этом W+- и W—бозоны являются античастицами друг для друга. Бозон Z заряда не имеет.
Во 1960-х годах было создана Теория Великого Объединения (ТВО), когда физики объединили слабое взаимодействие с электромагнитным в электрослабое, а затем при достижении больших энергий в теории произошло объединение электрослабого и сильного взаимодействия.
Гипотетические бозоны
ТВО включает в себя ряд теорий и гипотез, согласно которым существует еще множество неоткрытых элементарных частиц. Доказать их существование экспериментально пока не удалось.
В списке предполагаемых частиц есть и бозоны X и Y, которые считаются эквивалентами W±- и Z-бозонов, но с большими массами.
Y-бозон
Согласно ТВО, эта частица принимает участие в электромагнитных и гравитационных взаимодействиях. Считается, что бозон Y – переносчик взаимодействия между лептонами и кварками. Частица имеет заряд +(1/3)e и имеет цветность, подобно кварку.
Под воздействием Y-бозона происходит преращение кварков в лептоны, что провоцирует протонный распад. Подобный процесс выражен в уравнении:
где
