Частинка на краю Всесвіту - Шон Керролл #PROScience

Скачать книгу

бувають двох типів: частинки, що утворюють матерію, їх називають ферміонами, та частинки-переносники взаємодій, називані бозонами. Різниця між ними полягає в тому, що ферміонам потрібен простір, а бозони можуть скупчуватися один на одному. Не можна взяти купку однакових ферміонів і помістити їх усі в одному місці: закони квантової механіки не дозволяють це зробити. Ось чому з наборів ферміонів утворюються тверді об’єкти на кшталт столів і планет.

      Цікава річ: що менша маса частинки, то більше місця в просторі вона займає. Атоми складаються лише з трьох типів ферміонів – верхніх кварків, нижніх кварків і електронів,– що втримуються разом за допомогою взаємодій. Атомні ядра, що складаються з протонів і нейтронів, які своєю чергою складаються з верхніх і нижніх кварків, відносно важкі й займають відносно крихітні місця у просторі. Електрони, навпаки, значно легші (близько 1/2000 маси протона чи нейтрона), але займають значно більше простору. Насправді, саме електрони в атомах надають матерії властивої їй твердості.

      Бозони взагалі не займають жодного місця. Два бозони чи два трильйони бозонів можуть легко поміститися в тому ж просторі, видершись один на одний. Ось чому бозони – це частинки-переносники; вони спільно можуть утворити макроскопічне силове поле на зразок гравітаційного, що втримує нас на Землі, чи на зразок магнітного поля, яке змушує стрілку компаса відхилятися.

      Фізики схильні вживати слова «сила», «взаємодія» і «зв’язок» практично як синоніми. Це віддзеркалення однієї з глибоких істин, відкритих фізикою XX століття: сили можна розглядати як результат обміну частинками. (Як ми згодом побачимо, це те саме, що сказати «як результат коливань полів».) Коли Місяць відчуває гравітаційне тяжіння Землі, можна вважати, що гравітони курсують сюди-туди між двома тілами. Коли електрон захоплюється атомним ядром, це завдяки тому, що між ними відбувся обмін фотонами. Але взаємодії теж відповідають і за інші процеси, властиві елементарним частинкам, як-от анігіляція й розпад, а не лише відштовхування й притягання. Коли розпадаються радіоактивні ядра, ми можемо приписати цю подію роботі або сильних, або слабких взаємодій, залежно від типу розпаду. У фізиці елементарних частинок сили відповідають за різноманіття процесів.

      Крім Гіґґсового бозона ми знаємо чотири види сил, кожній з яких відповідає власний бозон. Є гравітація, пов’язана з частинкою під назвою «гравітон». За загальним визнанням, ми поки що реально не спостерігали окремих гравітонів, тому гравітони часто виключають з обговорення Стандартної моделі, хоча їхній вплив ми відчуваємо щодня, бо все-таки нас не відносить із Землі у відкритий космос. Гравітація – сила, і згідно з основними правилами квантової механіки й теорії відносності обов’язково має існувати частинка, пов’язана з гравітаційною взаємодією. Тож на її позначення ми вживаємо слово «гравітон», хоча ще ніколи не спостерігали окремого гравітона. Гравітація як сила впливає на інші частинки в доволі простий спосіб: кожна частинка

Скачать книгу