Мир атомов и элементарных частиц.

Большинство людей элементарные частицы представляет себе как мельчайшие, вращающиеся вокруг себя, шарики. Такое понимание не совсем верно, т. к. согласно квантовой теории всем частицам свойственны волновые характеристики. Другими словами, если рассматривать электрон, то мы его не увидели бы, а увидели бы некое «облако» его состояний и не могли бы точно определить его координаты, а лишь приблизительно.

Долгое время считалось, что электрон, протон и нейтрон единственные элементарные частицы, т. е. они не имеют ни какой внутренней структуры и не делятся на составные части. Другой вид частиц был предсказан в 1932 году английским физиком – теоретиком Полем Дираком. Изучая электрон, он пришел к выводам , что должна существовать другая частица, названная позднее позитроном, во всем сходная с электроном, но имеющая положительный заряд. В 1935 году японский физик Хидэки Юкава открыл новую частицу, мезон, с массой больше, чем у электрона, но меньше, чем у протона. В скором времени физики открыли громадное число новых частиц. Для удобства они были подразделены на два типа – лептоны и адроны. К лептонам отнесли легкие частицы, а к адронам - тяжелые. Адроны в свою очередь делят на барионы и мезоны. В настоящее время известно около 300 микрочастиц. Возникает вопрос, что такое действительно элементарная частица и долго ли мы будем проникать еще вглубь микромира? Сегодня принято считать, что к элементарным частицам относят семейство электронов и кварки. Ни один эксперимент не позволил пока определить линейные размеры электрона, тогда как радиус протона порядка 10^-13 см был определен, где-то в конце 70-х годов 20-го столетия на ускорителе в Станфорде при бомбардировке их электронами. Одновременно с этим, интересен и другой факт, оказалось, что заряд в протоне распределен неравномерно. В связи с чем в 1964 году получила распространение теория Мюррей Гелл-Ман из Калифорнийского университета и Георга Цвейга из Женевы о том, что протон сложен из субчастиц, названных впоследствии кварками.

Таким образом, весь мир, вся Вселенная состоят из сгруппированных различным образом элементарных частиц – кварков и лептонов. Эти элементы современными методами на современном уровне знаний пока нельзя расщепить, но что нас ждет в будущем неизвестно.

В природе частицы движутся не беспорядочно - они сцеплены различным образом и удерживаются некими силами вместе.

Силы взаимодействия в природе.

В природе известно всего четыре типа сил, два из которых действуют внутри атома. Из физики известно, что атом состоит из ядра, в котором протоны и нейтроны плотно упакованы и электронов вращающихся вокруг него. Ядро, состоящее из протонов, имеет положительный заряд, но в целом атом нейтрален, так как заряд ядра уравновешивается равным по величине и обратным по значению зарядом обращающихся электронов. Здесь действует одна из сил, сила электрического притяжения.

В ядре протоны располагаются очень близко друг к другу. Как одноименно заряженные частицы протоны должны были бы отталкиваться, что и происходит, если они находятся друг от друга на относительно далеком расстоянии. Но если протоны находятся близко друг к другу, то их удерживает вместе – сильное взаимодействие, примерно в 1000 раз более мощное, чем электромагнитное. Сильное взаимодействие возможно только на близком расстоянии, порядка диаметра ядра. Сильное взаимодействие характерно только для адронов.

Третья фундаментальная сила природы внутри атомов практически не проявляется, поскольку очень слаба (в миллиарды раз слабее электромагнитного взаимодействия), это сила тяжести или гравитационная сила. Мы все хорошо ее знаем из повседневно нашей жизни. Более того, благодаря этой силе Земля удерживается на своей орбите вокруг солнца, т. е. это сила дальнодействия. Последняя сила - слабого ядерного взаимодействия. Оно гораздо слабее электромагнитного или сильного и очень короткодействующее. Это взаимодействие проявляется редко, только в отдельных ядерных реакциях