6.3. Современные представления об элементарных частицах как первооснове строения материи Вселенной

Рассмотрим теперь, из чего же состоит вещество Вселенной, из чего состоял тот сгусток, который и привел к Большому Взрыву? Согласно космомикрофизике материю Вселенной со­ставляют элементарные частицы как наименьшие структурные единицы вещества. Развивая далее атомистическую модель Левкипа — Демокрита о том, что весь мир состоит из атомов, на современном уровне, мы уже должны говорить, что он со­стоит из взаимодействующих элементарных частиц. Сама идея атомизма, дискретности, квантованности материи со времен Лёвкипа (V в. до н.э.) и его ученика Демокрита совпадает с од­ним из главных современных представлений о материи. Амери­канский физик-теоретик В. Фейнман считал, что атомистиче­ская гипотеза: «все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно- из них плотнее прижать к другому» — имеет такое важное значение не только для человечества, но, может быть, и для «наших братьев по разуму» во Вселенной, что именно ее следует взять с собой в Космос, если в будущем человеку предстоит забыть все ос­тальные знания. Как уже указывалось, во времена Аристотеля предполагались четыре основные субстанции — земля, воздух, огонь и вода. Все сущее состояло из этих своего рода перво­основ.

В дальнейшем к началу 30-х годов XX в. наука смогла дать более приемлемое научное описание строения вещества на ос­нове четырех видов стабильных элементарных частиц: прото­нов, нейтронов, электронов и фотонов. Изучая их с помощью законов квантовой механики, удалось объяснить природу хи­мических элементов, их классификацию (таблица Д. И. Менде­леева), образование различных соединений и излучений. До­бавление к ним пятой частицы нейтрино, постулированного Паули из-за необходимости сохранения момента импульса при Р распаде, позволило объяснить процессы радиоактивного рас­пада. Поэтому вначале казалось, что названные элементарные частицы и являются как бы основными кирпичиками мирозда­ния. Однако, к сожалению, приятная простота вскоре исчезла. Не прошло и года с открытия нейтрона (Чадвик, 1931), как был обнаружен позитрон, предсказанный П. Дираком в 1928 г. Его релятивистское уравнение может описывать как электрон с обычным отрицательным зарядом (е~), так и положительный электрон (е⁺).

Предсказанный Дираком позитрон в дальнейшем, в 1932 г., был экспериментально обнаружен Андерсеном. Впоследствии сначала в природных космических лучах, а затем и в построен­ных ускорителях были обнаружены ц мезоны, л мезоны и дру­гие частицы. Таких частиц сейчас насчитывается уже около трех сотен.

Релятивистской квантовой теорией было установлено, что по­чти любой элементарной частице соответствует античастица в том смысле, что, имея одинаковые массы, периоды полураспада, а также одинаковые квантовые числа, они различаются знаками всех зарядов: электрического, барионного, лептонного и т.д. Это следует из общих принципов квантовой теории поля и под­тверждается экспериментальными данными. Таким образом, возникла глобальная проблема частица—античастица, разных по знаку заряда частиц. Причем при столкновении частицы и анти­частицы происходит аннигиляция, т.е. они взаимно уничтожают друг друга, и при этом выделяется энергия в виде квантов элек­тромагнитного излучения (фотонов). Заметим, что фотоны, нейтральные пионы (я) и т) -мезоны тождественны собственным античастицам. Все это множество частиц и принято называть элементарными частицами. Это не означает, что все они наряду с кварками обязательно являются упомянутыми кирпичиками

П. Дирак (1902—1984), лауреат Но­белевской премии по физике 1933 г. (совместно с Э. Шрёдингвром и В. Па­ули) был одним из тех самых молодых / людей, которые образовали своеобраз­ный клуб «создателей квантовой меха- ники». В. Паули называл их Knabenphysik («физика мальчишек»). В 1925 г. он опуб­ликовал «Основные уравнения кванто­вой механики», а затем в 1928 г. «Кван­товую теорию электрона», в которых он объединил волновые представления Шрёдингера с теорией относительности. Дирак ввел в научный обиход многие понятия и термины кванто­вой механики — из уравнения Дирака вытекала концепция собст­венного момента вращения электрона (спина) и магнитного мо­мента электрона, а также представление, что в странном мире квантовой механики существуют античастицы, противопопожные по знаку заряда. В 1955г. П.Дирак прочел лекцию на физфаке МГУ. Его попросили оставить автограф на доске, и он написал: «Physical laws should have mathematical beaty» — «Физические законы должны быть математически красивы». Что является очень символичным не только для физики, но и в целом для ес­тествознания.

мироздания — для этого достаточно протонов, нейтронов и электронов — из которых только и состоят атомы. Но эти части­цы возникают в результате основных взаимодействий частиц обычного вещества и участвуют в этих взаимодействия, т.е. их тоже необходимо учитывать.