Современная картина строения физического мира

Одним из наиболее значительных достижений современной физики явилось построение стройной картины в мире элементарных частиц, которое выражается в стандартной модели. В настоящее время экспериментально установлено, что мир истинно элементарных частиц (на современном уровне знаний и экспериментальной техники не состоящих из более элементарных частиц) устроен достаточно просто, а основы строения материи описываются теоретически в рамках твердо установленных принципов современной квантовой теории поля.

Наиболее фундаментальными, согласно релятивистской квантовой теории, является деление элементарных частиц на фермионы и бозоны. Экспериментально открыто всего 12 элементарных фермионов (со спином s=1/2) и 4 бозона (со спином s=1). Это, разумеется, не считая соответствующих античастиц.

Атомы состоят из электронов e, образующих оболочки, и ядер. Ядра состоят из протонов p и нейтронов n. Протоны и нейтроны состоят из кварков двух типов, u и d:

p = uud,

n =ddu.

Свободный нейтрон испытывает бета-распад:

n→ peν_eˉ,

где ν_eˉ - электронное антинейтрино.

В основе распада нейтрона лежит распад d -кварка:

d→ueν_eˉ.

Притяжение электрона к ядру - пример электромагнитного взаимодействия.

Взаимное притяженеие кварков - пример сильного взаимодействия. Бета – распад - пример проявления слабого взаимодействия.

Кроме этих трех фундаментальных взаимодействий важную роль в природе играет четвертое фундаментальное взаимодействие - гравитационное, притягивающее все частицы друг к другу.

Фундаментальные взаимодействия описываются соответствующими силовыми полями. Возбуждения этих полей представляют собой частицы, которые называют фундаментальными бозонами. Электромагнитному полю отвечает фотон γ, сильному – глюоны, слабому- бозоны, гравитационному – гравитон.

У большинства частиц есть двойники – античастицы, имеющие те же массы, но противоположные по знаку заряды (например, электрический). Частицы, совпадающие со своими античастицами, т.е. не имеющие никаких зарядов, как, например, фотон, называют истинно нейтральными.

Наряду с e и ν_e известны еще две пары похожих на них частиц: μ, ν_μ, и τ, ν_τ. Все они называются лептонами. Наряду с u и d - кварками известны еще две пары более массивных кварков: c, s и t, b. Лептоны и кварки называют фундаментальными фермионами.

Частицы, состоящие из трех кварков, называют барионами, из кварка и антикварка – мезонами. Барионы и мезоны образуют семейство сильновзаимодействующих частиц – адронов.