|
У одних кварков заряд <sup>1</sup>/<sub>3</sub>, у некоторых <sup>2</sup>/<sub>3</sub>. Кварки организованы в три различных «цвета». Таким образом, всего имеется 18 типов кварков плюс еще 18 антикварков. Ах да, есть кое-что еще. Надо добавить некоторое количество частиц, «переносящих» сильные ядерные взаимодействия, которые удерживают кварки вместе. Получающаяся теория обладает немалой математической элегантностью, несмотря на некоторое размножение числа частиц, и известна как квантовая хромодинамика.
Квантовая теория объясняет все физические силы в терминах обмена частицами. Подобно тому как теннисный мячик удерживает вместе двух игроков на противоположных сторонах корта, пока продолжается игра, так и различные частицы переносят электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны. Сильное взаимодействие переносят глюоны, а слабое — промежуточные векторные бозоны. (Не ругайте меня — не я изобрел эти названия: по большей части они возникли в результате исторических случайностей.) Наконец, широко распространено предположение, что гравитацию должны переносить гипотетические частицы, названные гравитонами. Обнаружить гравитон пока не удалось. Крупномасштабный эффект всех этих частиц-переносчиков состоит в том, что вселенная заполнена «полями». Гравитационные взаимодействия создают гравитационное поле, электромагнитные — электромагнитное поле, а две ядерные силы, взятые вместе, создают нечто, названное полем Янга-Миллса по именам физиков Чжэньнин Янга и Роберта Миллса. Основные характеристики фундаментальных взаимодействий можно подытожить в некотором подобии физического прейскуранта.
Гравитация Напряженность 6×10<sup>−39</sup>, радиус действия бесконечен, переносится гравитонами (не наблюдались, но должны иметь массу 0 и спин 2), образует гравитационное поле.
Электромагнетизм Напряженность 10<sup>−2</sup>, радиус действия бесконечен, переносится фотонами (масса 0, спин 1), образует электромагнитное поле.
Сильное взаимодействие Напряженность 1, радиус действия 10<sup>−15</sup> метров, переносится глюонами (масса 0, спин 1), образует одну из компонент поля Янга-Миллса.
Слабое взаимодействие Напряженность 10<sup>−6</sup>, радиус действия 10<sup>−18</sup> метров, переносится векторными бозонами (большая масса, спин 1), образует другую компоненту поля Янга-Миллса. У вас может сложиться впечатление, что 36 фундаментальных частиц да еще глюоны в ассортименте, — не слишком большое улучшение по сравнению с шестьюдесятью или более частицами. Однако кварки образуют семейство с очень строгой структурой и огромной симметрией. Все они представляют собой вариацию на одну и ту же тему, в отличие от дикого зверинца частиц, с которыми физикам приходилось иметь дело до открытия кварков. Описание фундаментальных частиц в терминах кварков и глюонов известно как Стандартная Модель. Она исключительно хорошо согласуется с экспериментальными данными. Некоторые из масс некоторых частиц пришлось установить таким образом, чтобы добиться согласия с наблюдениями, но после этого все другие массы в точности попадают куда надо. Здесь нет замкнутого логического круга. Кварки связаны друг с другом очень крепко, и невозможно увидеть изолированный кварк. Все, что удается наблюдать, это комбинации из двоек и троек кварков. Тем не менее физика частиц нашла непрямые подтверждения существования кварков. Они не являются всего лишь нумерологическими изысканиями в зоопарке частиц. И для тех, кто верит, что вселенная в основе своей прекрасна, свойства симметрии кварков подтверждают это. Согласно квантовой хромодинамике, протон составлен из трех кварков — двух up и одного down. |
