Про эту вашу физику
Шрифт:
Античастицы имеют ту же массу, что и обычные частицы (и тот же спин — не спрашивайте пока, что это такое), но другие противоположные характеристики, вроде заряда или квантовых чисел).
Собственно, в этих ваших коллайдерах занимаются краш-тестами частиц. Разгоняют протоны и сталкивают, а потом смотрят следы, которые оставили осколки. По этим следам (длина пути, траектория следа, углы отклонения и т. п.) вычисляют массу частиц, их заряд и прочие данные. Хотим напомнить жуткую правду от конспирологов, что на самом деле в коллайдерах делают черную дыру, которая уничтожит Землю и освободит место для планеты Нибиру — наши остроумные комментарии к этому вы прочитаете в специальной главе про ускорители
Вот так выглядят следы частиц в специальных устройствах для их наблюдения:
Как мы уже сказали выше, тот факт, что протоны и нейтроны разваливаются на кусочки еще на значит, что они из них состоят.
Долго время считалось, что протоны и нейтроны — это цельные частицы. Но в 70-х годах ученые повторили опыт, чем-то похожий на опыт Резерфорда, но вместо атома были протоны, а вместо альфа-частиц были электроны. То есть стреляли электронами по протонам — чего только не придумают затейники, да?
И выяснилось, что рассеивание электронов на протонах и нейтронах немного не такое, как ожидалось. Это и ряд некоторых других трудно объяснимых явлений дало повод ученым заявить, что ядерные частицы состоят из чего-то еще.
Этому «чему-то еще» дали название «кварки». Поясню еще раз: никто этих кварков пока не видел (они, гады, совсем мелкие, с физически ненаблюдаемыми размерами) и никто этих кварков пока не щупал, но косвенные эксперименты, а самое главное, расчеты, показывают, что протоны и нейтроны состоят из кварков. Причем каждая частица состоит сразу из двух-трех кварков, которые взаимосвязаны между собой и соответственно существуют только группами. Кварк не может свободно гулять вне частицы — во всяком случае одинокий кварк в природе еще не встречался. Из кварков состоят и другие частицы материи (кроме лептонов). Всего ученые открыли или, можно сказать, навычисляли, шесть видов кварков, соотнесенные с тремя поколениями. Хитроумных названий этим кваркам придумать не смогли, поэтому кто-то прикололся и назвал кварки вот так:
Справедливости ради, странному кварку дали такую кличку потому, что частица, в которой его обнаружили, не распадалась «слишком долго». И это, видите ли, было странно.
Обратите внимание, что у кварков дробный заряд. Его также пришлось ввести, чтобы объяснить, как из кварков получается положительно заряженная частица протон или нейтральный нейтрон.
Так что, все составные частицы в нашем мире — это комбинации кварков. Можно спросить, но почему физики-теоретики, не видя этих кварков, считают их реальными фундаментальными частицами?
Во-первых, если предположить, что кварки существуют, то все множество частиц хорошо классифицируется и укладывается в так называемую Стандартную модель. А это научненько!
Во-вторых, на основе кварков можно предсказать, какие частицы еще не открыты. И действительно, ожидаемые частицы рано или поздно находятся, причем с ожидаемыми параметрами.
В-третьих, экспериментально удавалось вырвать кварк из протона, но получился, конечно же, не сам кварк, а некий очень интересный эффект, предсказанный теорией кварков и названный адронной струей: из кварков тут же образуются новые частицы и летят в ту же сторону, что и выбитые кварки.
Между прочим, физики предсказывали существование частиц, сколоченных аж из пяти кварков — так называемых
Причин считать кварки реальными гораздо больше, но они громоздки для нашего праздного объяснения, поэтому сделаем вид, что все нормально. Самым главным аргументом, которым всегда руководствуется наука, является то, что на сегодняшний день нечем объяснить строение материи как-то иначе. Конечно, есть гипотеза тонкого эфира, однако ее без галоперидола не разобрать — в этом мнении схожи и физики, и психиатры.
На картинке: схемы некоторых частиц, сложенных из кварков. Кварк с черточкой — это антикварк.
Пару слов об антиматерии.
С одной стороны, она менее загадочна, нежели ее представляют в своих нетленках фантасты и графоманы. Это те же самые частицы, но с противоположным зарядом (или противоположными другими характеристиками). Электрон — позитрон. Протон-антипротон. Кварк-антикварк. И так далее. При соединении материи и антиматерии — вещество аннигилирует, превращаясь в чистую энергию, то есть в фотоны, что в общем-то, можно было бы использовать как разрушительное оружие. Но антивещество чертовски трудно добывать, и совершенно точно не в промышленных масштабах.
Довольно забавен факт, что антиэлеткрон открыл Поль Дирак в 1927, когда рисовал формулы для электрона. Самая лучшая формула, описывающая электрон, содержала в себе его злого двойника. Дираку это не понравилось, в итоге он психанул и сказал, что умывает руки — вот расчеты, делайте с ними что хотите. И заметьте, что эти ученые могут открывать новые частицы без коллайдеров, с помощью карандаша и бумаги, без грантов и субсидий, которые, как известно каждому диванному профессионалу, тратятся на распил или несуществующие фонды!
Короче, через пять лет физики обнаружили антиэлектрон в реальном мире и назвали его позитроном.
С другой стороны, у антиматерии есть мерзкий секретик, от которого портится настроение у любого астрофизика или у каждого интересующегося мирозданием естествознателя. Это коварный вопрос: где антиматерия? То есть вот у нас в телескопы и микроскопы видна обычная материя везде и всюду во вселенной, а где же антивещество? Если оно аннигилировало, почему вселенная все еще существует и тогда опять вопрос, почему обычной материи больше? Это проблема, требующая очень серьезных объяснений. Может, кто-нибудь из наших читателей впечатлится прочитанным, подумает над прочитанным и догадается, как это все происходит, после чего пойдет и объяснит всем этим надмозгам из калтехов, стенфордов, МТИ и прочих логовищ бездуховности, в чем секрет асимметрии вещества. Удачи, товарищи!
Ну и наконец, предел физики материи.
Стандартная модель, которая рассказывает нам о мире частиц, все равно имеет множество темных мест, которые не объяснишь тем, что кварки и лептоны это окончательная форма материи, элементарнее и фундаментальнее которой ничего нет.
Поэтому физики с наиболее развитой фантазией пытаются предугадать еще более мелкие частички материи. Именно что предугадать и математически рассчитать их поведение. Микроскопы тут бессильны.