Мир элементарных частиц и космомикрофизика

Первая из известных науке элементарных частиц – электрон – была открыта в 1897 г. Однако, интенсивное освоение физикой мира элементарных частиц началось в конце 40-х годов ХХ в., благодаря созданию первых масштабных ускорителей заряженных частиц.

Элементарные частицы – это простейшие структурные элементы материи, о которых на современном этапе развития науки нельзя сказать, что они являются состоящими из других частиц. Каждой элементарной частице за небольшим исключением соответствует своя античастица. Взаимодействие пары частица-античастица приводит к аннигиляции. При изучении взаимодействий элементарных частиц особую роль играют законы сохранения и связанные с ними симметрии.

К элементарным частицам относятся фотоны, лептоны, адроны и резонансы. На сегодняшний день физике известно несколько сотен элементарных частиц, но подлинно элементарных среди них немного. На самом же деле большинство из известных частиц являются системными образованиями, состоящими из еще более элементарных (субэлементарных) частиц.

Согласно созданной в 1963 году М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом кварковой модели адронов, последние включают в себя более мелкие частиц — кварки, обладающие дробным электрическим зарядом. Вместе с лептонами кварки считаются подлинно элементарными частицами — точечными, неделимыми и не обладающими внутренней структурой.

Вместе с множеством других параметров, для элементарных частиц характерно определенное время жизни. С учетом его частицы делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные частицы — это электрон, протон, фотон и нейтрино. (Однозначно вопрос о стабильности протона помогут решить эксперименты на БАКе). Нейтрон, находящийся в ядре атома, стабилен, а вне его подвержен распаду. Все остальные известные частицы нестабильны; время их жизни колеблется от нескольких микросекунд до 10^-24 с. Самые нестабильные частицы -- резонансы. Время их жизни составляет 10^-22—10^-24 с.

Наряду с лептонами и адронами, являющимися своеобразным строительным материалом вещественных образований, существуют особые частицы – переносчики взаимодействий. Переносчиком электромагнитного взаимодействия выступает фотон. Переносчиками сильного взаимодействия между кварками являются глюоны. За слабое взаимодействие ответственны особого рода бозоны. Существует гипотеза о существовании переносчика гравитационного поля – гравитона. Каждый из названных видов частиц играет свою роль в формировании структуры Вселенной.

Дальнейшим развитием представлений о мегамире в 80-е годы ХХ столетия явилось становление космомикрофизики, призванной синтезировать наши знания о Космосе и мире элементарных частиц. Эта теория поможет охватить гигантские масштабы физического мира -- от планковской длины до наблюдаемого радиуса Метагалактики. Она предполагает выявление связей между физикой атома и свойствами планет, физикой ядра и свойствами звезд, физикой сверхвысоких энергий и крупномасштабной структурой Вселенной.