← На головну

Фізика елементарних частинок. Лекція з фізики.

Опубліковано: 2024-05-14

Фізика елементарних частинок. Лекція з фізики.

Шановні слухачі Я вас вітаю Сьогодні я хочу вам трохи розказати про такий розділ науки як фізика елементарних частинок ми з вами поговоримо про те що саме мається на увазі під елементарністю певної частинки Як змінювалися уявлення людства про будову матерії на найглибшому рівні та що ми знаємо про це зараз також я коротко розкажу про таку особливість частинок як спін розкажу про чотири фундаментальних взаємодій які існують в нашій природі це буде дуже складна лекція Ну але тут нічого не поробиш бо і Фізика елементарних частинок на жаль це не та галузь науки яку можна описати простими словами це передовий край це Living Edge сучасної науки де робляться найбільш глибинні відкриття про світ що нас оточує Отже план нашої лекції наступний Спочатку ми поговоримо про те що таке взагалі елементарні частинки які частинки дійсно можуть вважатися елементарними які в них є додаткові властивості які не мають аналогів серед неелементарних частинок потім я дуже коротко розкажу про чотири фундаментальні взаємодії які існують в природі в нашому всесвіті далі ми поговоримо про таку особливість частинок як спін а закінчимо ми нашу лекцію безпосередньо стандартною моделлю стандартна модель - це найбільш глибока найбільш фундаментальна теорія будови нашого світу я розкажу вам що ця модель вже пояснила А що поки що на жаль не змогла скажу відразу що в цій лекції буде дуже багато складних і незрозумілих багатьом термінів і назв Ну той самий спін ферміони бозони адрони лептони баріони мезони мюони таони кварки глюони але я сподіваюся що до кінця лекції я хоч трохи зможу пролити світло на те що приховано під цими складними термінами І що саме мається на увазі коли ми кажемо про елементарні частинки отже давайте для початку почнемо з того що дамо визначення елементарним частинкам елементарні частинки - це такі частини нашого світу які не можна розкласти на певні складники Та яких з яких складається вся матерія нашого всесвіту дуже часто в літературі можна зустріти термін елементарні частини який застосовується не до дійсно найменших неподільних елементарних частинок а до досить складних систем наприклад коли іноді вживають термін елементарні частинки Маючи на увазі дві основні складові ядра кожного атома протон або Нейтрон то це некоректно хоча таке дійсно визначення можна знайти в літературі хоча таке визначення дійсно пишуть в книжках з фізики дійсно пишуть в підручниках але це визначення некоректне тому що Ані протон Ані Нейтрон не є елементарними частинками це досить складні системи це Системи які мають складну внутрішню будову тому під критерій елементарності вони не підпадають Чому це так Ну я про це трохи згадаю коли буду розповідати про кварки трохи далі в цій лекції взагалі якщо ми кажемо про те які частинки дійсно можна вважати елементарними то Слід відзначити що уявлення про ментарність змінювалася разом зі зміною наукових думок про наш світ якщо ми повернемося в машині часу наприклад в X сторіччя коли тільки почала розвиватися хімія коли фізика ще не дійшла до уявлення про субатомні частинки то елементарними частинками нашого світу елементарними частинками матерії вважалися атоми Ну і в принципі якщо ми кажемо про світ зараз то з точки зору хімії атоми і зараз є елементарними частинками тому що в усіх хімічних взаємодіях атоми поводять себе як єдине тіле один атом не може перетворитися в інший якщо ми розглядаємо виключно хімічні взаємодії Але звичайно що хімією наш світ не обмежується і наприкінці 20го наприкінці 19го на початку XX сторіччя було знайдено субатомні частинки було знайдено що кожен атом складається з трьох основних частинок це протон нейтрон і Електрон і тоді ж уявлення про елементарні частинки теж змінилося і тепер вже протон нейтрон і Електрон вважалися дійсно елементарними частинками в середині XX сторіччя наука пішла ще далі наука зрозуміла що з цих трьох частинок тільки одна Електрон може вважатися елементарною Бо насправді і протон і нейтрон - це складні системи А зараз під елементарними частинками мають на увазі такі частинки як квар як клептони як калібрувальні базони і як базон хікса ну а що буде далі нам на жаль невідомо Можливо в майбутньому ми знайдемо що і ці складові матерії не є елементарними що І вони з чогось складаються і можливо нам треба буде зробити нову сходинку Ну наприклад сказати що всі ці частинки складаються з певних багатовимірних струн або багатовимірних бран існує така Так звана теорія суперструн яка якраз і розглядає такі думки але поки що цей к не зроблений поки що ці частинки вважаються елементарними і майже всі такі частинки об'єднуються разом так званою стандартною моделлю елементарні частинки мають важливу рису яка полягає у тому що у всіх взаємодіях вони ведуть себе як єдине тіле Тобто ми не можемо сказати що елементарна частинка розділилася на дві в певні взаємодії Вона завжди є єдиним елементарні частинки мають багато різних властивостей деякі іх властивостей вони властиві Як елементарним частинкам так і всім частинкам взагалі нашого всесвіту Ну наприклад маса Ми всі маємо масу всі зірки мають масу всі елементарні частинки мають масу або наприклад заряд заряд в нас є у макротіл є ми можемо зарядити певну металеву кулю тоді вона буде або притягувати або відштовхувати іншу заряджену металеву кулю в будь-якому разі Це властивість яка характерна як малим так і великим тілам в той же час коли ми кажемо про елементарні частинки у них є додаткова кількість властивостей яка у макросвіті просто відсутня наприклад елементарні частинки мають баріонний заряд лептонний заряд чарівність дивність красу певні спіни тощо у них є дуже багато таких властивостей і звичайно що про всі ми будемо сьогодні ми не будемо сьогодні згадувати іншою властивістю елементарних частинок є те що елементарні частинки здатні до взаємних перетвор тобто коли я кажу що елементарні частинки це неподільні це означає що ми не можемо одну елементарну частинку розділити на дві але це не означає що вона не може перетворитися на іншу елементарні частинки це можуть елементарні частинки здатні народжуватися і здатні знищуватися знищення і народження елементарних частинок - це процеси які спостерігаються весь час і коли ми зараз наприклад на великому дронному колайдері в церні шукаємо певні елементи та тарні частинки Ми якраз і намагаємося їх породити тобто вони народжуються в результаті певних реакцій ми за ними спостерігаємо дуже короткий час а потім вони зникають тобто елементарні частинки не є чимось незмінним елементарні частинки - це певні речі які з'являються зникають вони можуть народитися якщо достатньо енергії вони можуть зникнути перетворившиість на щось інше багато елементарних частинок мають свої античастинки античастинка - це щось дуже схоже на звичайну частинку Але яка має зворотні всі основні її властивості всі основні її заряди наприклад елементарна частинка Електрон має античастинку яка називається позитрон елементарні кварки мають антикварки елементарні нейтрино мають антинейтрино при взаємодії отакої частинки і антича частинки вони анігілюють перетворюючись на якісь інші частинки Ну як правило це на світло на гамаквант але в принципі може бути будь-що для деяких частинок елементарні частинки для деяких елементарних частинок такі античастинки існують для деяких їх не існує якщо для певної частинки не існує античастинки то ми називаємо таку частинку посправді нейтральною посправді нейтральною частинкою Ну наприклад є Фотон тобто Фотон як складова частина світла не має своєї античастинки тобто в нас є світло але немає антисвітла світло не може з чимось провзаємодіяти і зникнути світло воно просто є або наприклад відомий базон хікса за відкриття якого кілька років тому була дана Нобелівська премія це частинка яка породжує для всіх інших частинок масу він також не має своєї античастинки тобто бозонхік не анігілюють між собою у той же час більша частина інших частинок має свої античастинки і От такі складні частини наприклад матерії як нейтрони хоча ми кажемо що вони не заряджені нібито нейтральні але так як вони насправді не є елементарними так як вони складаються з елементарних частинок то крім нейтронів бувають також і антинейтрони тому властивість мати античастинку характерна для дуже багатьох елементарних частинок елементарні частинки бувають як стабільні так і нестабільні стабільні елементарні частинки - Це ті які народжуються і можуть існувати нескінченно довгий час якщо звичайно що щось з ними не трапиться нестабільні Ну як зрозуміло з самої назви це такі які через певний час зникають перетворюючись на щось інше прикладами стабільних елементарних частинок може бути бути наприклад той самий Фотон або Електрон тобто Фотон світло воно є стабільне це означає що якщо ми запустимо кудись у простір пучок світлових хвиль пучок фотонів то він буде рухатися нескінченно довго якщо на його шляху не буде нічого що його зможе поглинути то він буде рухатись в нескінченний час і цей Фотон буде існувати в нескінченну доб те ж саме Електрон електрони Якщо немає чогось що може їх перетворити на щось інше якщо вони самі по собі можуть існувати нескінченно довгий проміжок часу У той же час переважна більшість елементарних частинок вони є нестабільні як правило вони є дуже нестабільні це означає що вони зникають дуже швидко найдовший час життя елементарних частинок - це мільйонні долі секунди більша частина елементарних частинок гине значно швидше тобто вони народжуються на дуже малий проміжок часу існує цей проміжок часу а потім перетворюються розпадаються з них з'являються врешті-решт ті самі фотони для деяких частинок питання часу життя досі залишається відкритим от Ми всі з вами складаємося з атомів кожен Атом як я вже тільки що казав складається з ядра ядро складається з протонів і нейтронів нейтрони - це нестабільні частинки хоча нейтрони можуть існувати самі по собі достатньо довгий час декілька хвилин але через декілька хвилин Вони все ж таки розпадаються а от питання щодо стабільності протонів це одна з великих загадок сучасної фізики на яку ми поки що не маємо жодної відповіді тобто протон поки що вважається стабільною частинкою але лише тому що ми не зафіксували щоб він розпадався хоча прямих заборон в цьому немає існує багато фізичних теорій які стверджують що протон насправді є теж нестабільним це означає що фотони хоч і дуже малоймовірно Можливо в них час життя десятки сотні мільярдів років ми цього не знаємо але вони можливо теж розпадаються І це означає якщо це правда що врешті-решт всі протони розпадуться це означає що всі атоми зникнуть це означає що в майбутньому речовини в тому сенсі як ми зараз це уявляємо не буде існувати не буде Ані ядер Ані протонів Ані нейтронів Ані атомів будуть лише стабільні частинки фотони електрони і нейтрина Хоча звичайно що може бути це і не так як я і казав остаточно питання про стабільність або нестабільність протона воно і не доведено і не спростовано елементарні частинки можуть бути абсолютно різні за своїми властивостями в тому числі вони можуть бути різні за масою бувають елементарні частинки які маси взагалі не мають вважається ну Точно доведено що немає маси Фотон Фотон квант електромагнітного поля світло воно безмасове і саме тому світло може рухатися з швидкістю світла з найбільшою швидкістю в нашому всесвіті вважається також що безмасовим є глюон про який я розкажу ТХ трохи далі і безмасовим є гравітон ну про який також розкажу трохи далі хоча З ним все дуже складно бо він досі не зафіксований решта елементарних частинок має маси причому маси ці можуть бути абсолютно різні бувають такі частинки які мають масу настільки малу що в нас досі не існує приладів які здатні це зафіксувати це нейтрино ми точно знаємо що нейтрино має масу Ми Точно знаємо що це частинка не безмасова за це навіть була дана Нобелівська премія але порахувати чому вона дорівнює Ми не можемо це настільки мала величина що жоден наш прилад не здатен її зафіксувати бувають частинки середньої маси бувають частинки дуже і дуже важкі найважші елементарні частинки які зараз відомі це базон хікса і верхній кварк ви можете побачити на цьому зображенні типові маси елементарних частинок і ви можете побачити що вони мірюються не в звичних нам величинах не в грамах не в кілограмах а вони вимірюються в так званих електронвольтах мегаелектронвольтах гігаелектрон вольтах тощо це одиниці вимірювання енергії у фізиці елементарних частинок так як енергія і маса - це в принципі одне і те ж саме енергія може перетворюватися на масу маса перетворюватися на енергію саме масу в традиційному сенсі не використовують а використовують енергію тому коли я кажу про масу елементарних частинок Я маю на увазі їх енергію і навпаки тому що маса і енергія за відомим співвідношенням Ейнштейна е дорівнює mс ква це в принципі одне і те ж саме це одна і та ж сама властивість нашого світу яка просто проявляється різним способом Причому коли ми наприклад кажемо про масу звичних нам тіл наприклад нашу ми масу Ми складаємося з з атомів більша частина маси атомів - це маса ядра цього атома ядро цього атома складається з протонів і нейтронів протони і нейтрони як я скажу трохи далі складаються з кварків але насправді більша частина нашої маси - це не маса частинок з яких ми складаємося а це енергія взаємодії між цими частинками тобто фактично наша маса є нашою енергією наша маса породжується в результаті взаємодії частинок між собою і ми важимо там 50- 100 кг не ваги не маси А ми важимо стільки енергії тому саме вмірювання енергії є первинним а перетворення цієї енергії в масу Ну воно в принципі спостерігається в макросвіті а в мікросвіті це не потрібна річ тому саме для мікрочастинок масу і не використовують і останнє про що я хочу сказати кажучи про властивостьі елементарних частинок це властивість елементарних частинок мати спін спін - Це мабуть одна з найбільш важливих властивостей кожної частинки Виявляється що саме спін визначає як буде певна частинка себе вести і тут є велика проблема тому що що таке насправді спін мабуть не знає в цьому світі абсолютно ніхто Звичайно що ми можемо дати певне визначення ми можемо сказати що спін - це момент кількості руху ну взагалі слово СН сinner Spinner - це така дитяча іграшка яка обертається яку ми крутимо to Spin - це обертатися тобто спін - Це властивість яка нібито пов'язана з оберта елементарних частинок але питання а а тавколо чого як коли люди відкрили спін А це відбулося приблизно 100 років тому В 20 роки сторіччя коли там був дослід по проходженню певних атомів в магнітному полі які розділялися на два почка це не так вже важливо коли люди відкрили це вони намагалися дати цьому спіну певне наочне трактування вони намагалися Якось це пояснити нач вони уявляли собі спін як певну дзигу Ну от наприклад елементарна частинка Електрон вони уявляли що Електрон - це певна кулька і Ця кулька електрон Як певна Дзига може обертатися навколо своєї осі Ну так само як земля обертається навколо своєї осі як будь що ми можемо отак от закрутити і от момент кількості цього руху ось це обертання електрона навколо своєї осі вони і назвали спіном вони намагалися це якось наочно пояснити зрозуміти але потім виявилося що це Пояснення це Пояснення якщо я не помиляюсь належить уленбеку Та гаун сміту воно нам нічого не дає і навпаки воно нам Дуже заважає тому що якщо ми дійсно будемо уявляти електрон Як кульку що обертається навколо своєї осі То цей Електрон повинен обертатися зі швидкістю яка значно більше за швидкість світла там десь у 200 разів а зрозумі зуміло що так як ніщо не може рухатися швидше за швидкість світла то це неможливо тобто Електрон має Певний момент обертання він веде себе як Дзига яка обертається навколо своєї осі але в реальності він не обертається Тобто це для нас виглядає як певне обертання але обертанням не є А чим це є насправді ніхто не знає врешті-решт фізики зрозуміли що наочно це пояснити в принципі неможливо Ну і це нам і не потрібно і тому вони просто сказали спін - це якась властивість яка є у всіх елементарних частинок причому цей спін у елементарних частинок буває двох типів він може бути або цілим або напівцілим цілим це я маю на увазі спін ну 1 2 3 і так далі напівіли спін - це 1/2 3/2 5/2 7/2 тощо у кожної частинки він або такий або інший причому належність спіна до однієї з двох груп бути цілим або бути напівцілим дуже сильно впливає на властивості тих частинок Тобто це одна з їх основних характеристик Чому це так знов таки питання відкрите Ну просто наш світ такий що Іншого не буває якщо ка казати простими словами то можна це певним чином порівняти з симетрією Ну якщо бути вже зовсім формальним то це випливає з квантової механіки з так званої симетрії або антисиметрії хвильової функції яка каже що хвильова функція може бути симетрична або антисиметрична Ну але це не так вже принципово тому що насправді Чому це так знов таки як я кажу ніхто не знає Просто ми приймаємо як факт що бувають частинки з таким спіном бувають з Ось таким Як це можна уявити наочно Ну от давайте собі уявімо певні прапори уявімо собі два прапори наприклад прапор Сполучених Штатів Америки і прапор Канади як я вже казав спін - Це властивість яка пов'язана з обертанням цієї частинки От і давайте ці прапори обернемо повернемо обидва ці прапори на 180° І що ми бачимо ми бачимо що прапор Канади коли ми його обернули на 180° Він перейшов сам у себе тобто деякі прапори при обертанні вони не змінюються Вони залишаються такими якими він є а от прапор Сполучених Штатів Америки при тому ж самому обертанні перейшов у обернений прапор і для того щоб знов отримати прапор Сполучених Штатів Америки нам потрібно його ще раз обернути тобто зробити подвійний оберт і так само частинки деякі частинки переходять самі в себе якщо ми робимо один оберт напівоберта 180° а деякі частинки вони переходять самі в себе якщо ми робимо подвійний оберт тобто 360° тобто деякі частинки достатньо обернути один раз деякі потрібно обернути два рази щоб вони стали самім собою і от в залежності від того скільки нам потрібно їх обернути один раз чи два рази і спін буде від цього Або цілий або напівцілий не може бути спін наприклад 1/3 бо не може бути таке що частинка перейде сама в себе якщо ми її повернемо на третину оберту ну такого не буває прапор не може стати самим собою якщо ми його обернемо часткою ми можемо його обернути або повністю або два рази і всі частинки з яких ми побудовані протони нейтрони електрони вони всі мають напівціли спін у всіх тих частинок спін 1/2 а от наприклад у світла спін цілий і він дорівнює одиниці існують частинки у яких спін дорівнює двійці це так званий гравітон це квант гравітаційної взаємодії це Гравітація це сила тяжіння І хоча ми поки що цей гравітон не знайшли хоча ми поки що навіть не впевнені що він дійсно існує але ми чітко знаємо що спін у нього цілий і він дорівнює двійці спін може дорівнювати нулю нуль - це теж ціле число ціли спін який дорівнює нулю це є лише у однієї частинки яка називається базон хікса як я вже казав це частинка яка створює масу для всіх інших частинок в нашому всесвіті Ну І от в залежності від того який спін у певної частинки цілий 0 2 3 або напівцілий 1/2 3/2 5/2 7/2 ці частинки поділяють на дві великі групи якщо він напівцілий це ферміони ферміони так названі на честь Енріко фермі це видатний італійський фізик один з творців атомної бомби який досліджував самі частинки з таким спіном 1/2 і на його честь вони називаються ферміхони інші частинки які мають цілий спін 0 2 3 вони були досліджені індійським вченим шатьєндранатом бозе на честь цього бозе вони були названі бозонами тобто ферміони на честь анріко фермі це частинки з напівцілим спіном бозони на честь бозе це це частинки з цілим спіном причому з ферміонів ми можемо скласти базон Ну наприклад Ми беремо дві дзиги електрона от Хай Ці дві дзиги вони обертаються в один бік в нього спін 1/2 у нього теж 1/2 Ми їх об'єднуємо між собою 1/2 + 1/2 буде одиниця або беремо дві дзиги електрона одна так одна так один обертається в один бік інший в протилежний ми їх об'єднуємо 1/2 - 1/2 буде нуль тобто з двох ферміонів можна зробити один базон а от навпаки з базонів зробити ферміон Ні ми ніколи не зможемо Якби ми не об'єднували окремі фотони між собою фотон має спін одиниця Якби ми не додавали віднімали між собою певні одинички Ми ніколи не зможемо отримати 1/2 тому ми ніколи не можемо створити зі світла речовину як ми з вами світло воно завжди саме по собі а от навпаки зробити з речовини щось Що Дуже схоже на світло ми можемо це надзвичайно дивний стан речовини він називається бозе конденсат це стан речовини яких складається виключно з базонів це речовина Але яка веде себе багато в чому як світло це дуже перспективний дуже сучасний напрямок дослідження з фізики Ну він дуже складний знову ж таки ми не будемо в цій лекції про нього казати і різниця між тими ферміонами які мають напівціло спін і бозонами які мають цііло спін вона дуже важлива для елементарних частинок фактично елементарні ферміони це все що складає речовину в нашому світі я стіл мікрофон монітор переді мною камера це все ферміони а бозони це частина взаємодії бозони - це кванти взаємодії світло бозони Гравітація бозони так звані сильні і слабкі взаємодії про які я кажу трохи далі це теж бозони тобто елементарні ферміони це те що складає речовину а елементарні бозони - це те що складає взаємодію і таких взаємодій в нашому світі є на зовс зовсім зовсім фундаментальному рівні чотири чому їх саме чотири це один з відкритих одна одне з відкритих питань нашого всесвіту і всі частинки можна класифікувати за тим в яких взаємодіях Вони беруть участь Якщо ми будемо розмовляти історично згадаємо історичний контекст то першою взаємодією яка була відкрита людством була гравітаційна взаємодія гравітаційну взаємодію ще в X сторіччі відкрив описав Ну не зовсім точно але достатньо точно Ісаак Ньютон це сила тяжіння гравітаційна взаємодія існує між будь-якими тілами в нашому всесвіті гравітаційна Взаємодія - це абсолютно унікальна унікальна взаємодія вона не схожа на всі інші але вона дуже важлива коли ми кажемо про космос Ну і ми ми на землю падаємо Саме через гравітаційну взаємодію а земля обертається навколо сонця теж через гравітаційну взаємодію інша взаємодія яка була теж відома з часів античності але Яка найбільш популярною найбільш вживаною стала починаючи вже з X сторіччя це електромагнітна взаємодія тобто вже в часи античності люди знали що певні тіла можуть притягати певні інші тіла Люди бачили наприклад блискавки люди знали що певні є риби які здатні бити струмом Вони знали про бурштин якщо бурштином щось потерти то він буде щось притягати але вони це ніяк не використовували а в X сторіччі коли електромагнітна взаємодія стала вже описана Значно краще і значно краще зрозуміла на основі цієї взаємодії з'явилася фактично сучасна електрика сучасне радіо сучасне телебачення сстільниковий зв'язок інтернет Ну і все інше електромагнітна Взаємодія - це взаємодія між певними зарядами вона теж є універсальна електромагнітним чином взаємодіють майже всі тіла які мають Звичайно що заряди бо існують незаряджені тіла електромагнітна взаємодія дуже гарно досліджена і вона відома людству з давніх часів дві останні взаємодії вони були відкриті лише в X сторіччі це сильна взаємодія і це слабка взаємодія як зрозуміло з самої назви сильна вза дія вона є дуже сильною а слабка взаємодія вона є дуже слабкою і сильна і слабка взаємодія проявляють себе виключно в мікросвіті ми не можемо ніяк побачити в нашому світі в макросвіті якихось прямих проявів цих взаємодій ми лише можемо побачити їх наслідки Ну наприклад атоми існують протони нейтрони існують ядра існують через сильну взаємодію зірки світять сонце наше світить ще раз слабку взаємодію при цьому напряму ми їх використати поки що не можемо ми можемо їх використовувати лише певним не прямим чином Ну у певних наприклад ядерних реакціях всі ті чотири взаємодії вони дуже різні за своїми характеристиками за своєю властивістю і за своєю інтенсивністю і коли ми описуємо ці взаємодії якщо ми їх хочемо порівняти між собою ми може можемо це зробити ввівши так звану константу взаємодії це є певний параметр який вказує наскільки це взаємодія сильна або слабка чим більший цей параметр тим сильніша певна взаємодія як правило цей параметр нормують на одиницю тобто беруть найсильнішу взаємодію а найсильніша - це сильна взаємодія і кажуть що для сильної взаємодії оця константа взаємодії - це одиниця Ну і від цієї одиниці далі відштовхується тобто якщо певна взаємодія слабша в декілька разів то кажуть що константа взаємодії в декілька разів менше існують інші особливості цих взаємодій крім їх інтенсивності Ну наприклад радіус дій е класичні дві взаємодії які були відкриті найпершими це гравітаційна взаємодія і електромагнітна взаємодія Вони мають нескінченний радіус їх дій це означає що гравітації діє на будь-яких відстанях два тіла навіть якщо вони розташовані на відстані в мільйони мільярди кілометрів в десятки сотні тисяч мільйони мільярди світлових років Вони все одно гравітаційно притягуються один до одного те ж саме електромагнітна вона діє на будь-яких відстанях на відміну від електромагнітної і гравітаційної сильна взаємодія вона дуже обмежена сильна взаємодія має радіус дії приблизно 10 в міну15 МТ це так званий радіус ядерних сил це розмір ядра ядерна взаємодія вона фактично і визначає наскільки великим може бути ядро і саме ця взаємодія сильна взаємодія вона і визначає те що в нашому світі не існує величезних атомів А всі атоми дуже і дуже маленькі лише через сильну взаємодію існують всі ядра через сильну взаємодію існують протони через сильну взаємодію існують нейтрони якби сильної взаємодії не існувало то і речовини такої як ми звикли не існувало б тоді друга взаємодія після сильної це електромагнітна взаємодія якщо казати про її константу то вона дорівнює 1137 це означає що електромагнітна взаємодія приблизно в 137 разів слабша за сильну взаємодію і ця константа яка називається константа або стала тонкої структури є мабуть однією з найбільш важливих і в той же час найбільш загадкових констант нашого всесвіту коли ми кажемо про константи у фізиці традиційно ми маємо на увазі певні фізичні величини Ну наприклад швидкість світла або гравітаційна стала Ми кажемо що це константи наприклад швидкість світла 300 000 км за секунду Ми кажемо що це якесь стале значення Але насправді оці всі константи вони не мають жодного фізичного сенсу якби швидкість світла була в 10 разів більша то ми б завжди могли перевизначити що таке кілометр І що таке секунда і отримати те ж саме значення тобто швидкість світла це лише те що ми вигадали коли ввели поняття кілометра і коли ввели поняття секунди у Франції Там в кінці X сторіччя в часи Наполеона ну трохи до нього Тобто ми створили швидкість світла саме такою хоча наприклад у фізиці елементарних частинок знов таки дуже полюбляють використовувати швидкість світла яка дорівнює просто одиниці вони кажуть Навіщо нам ці 300 000 Давайте скажемо що швидкість світла одиниця це ні на що не впливає тому от констант які мають розмірність кілометри грами Джоулі секунди вони всі не мають жодного самі по собі сенсу тому що вони завжди може бути змінені будь-яким шляхом якщо ми просто переозначимо що таке Секу секунда що таке кілометр що таке кілограм фізичні константи які дійсно мають сенс вони не мають розмірності І от одна з таких констант - це константа Альфа це константа тонкої структури яка чомусь в нашому всесвіті дорівнює 1137 ну точніше 1 поі 137,035999074 це одна з найкращі виміряних сталих нашого світу і в той же час це одна з найбільш загадкових тому що всі спроби якось отримати це значення не експериментально а теоретично були невталі чому 137 чому не 127 чому не 150 чому не 200 не 100 ніхто не знає от просто чомусь 137 були певні спроби пояснити зрозуміти якось через число п через число є але поки що вони всі невдалі Тому поки що кажуть Ну от 137 чомусь ніхто не знає чому такий наш світ і От якби це значення було іншим то його якось перенормувати ми б ніяк не змогли якби це значення іншим було то і світ наш би був абсолютно також іншим Ну але то таке давайте повернемося до наших взаємодій і перейдемо до третьої взаємодії третя взаємодія вона називається слабка як зрозуміло зі своєї назви вона дуже слабка константа взаємодії для слабкої взаємодії 10 в міну10і тобто 11 демільрд це означає що слабка взаємодія приблизно в 100 мльнів разів слабша за електромагнітну і в 10 мільярдів разів слабша за сильну Це дійсно слабка причому радіус її дії ще значно менший ніж у сильної це 10 в міну18 м це приблизно розмір протона і Нейтрона тобто ця взаємодія вона дуже короткодіюча вона діє на дуже маленьких відстанях і вона дуже і дуже слабка але в той же час вона надзвичайно важлива тому що слабка Взаємодія - це єдина взаємодія в нашому всесвіті яка може перетворювати одні частинки в інші тобто наприклад коли протон перетворюється на нейтрон це відбувається виключно через слабку взаємодію всі інші взаємодії вони можуть впливати на частинки вони можуть з ними щось робити прискорювати гальмувати але вони не можуть перетворити одну частинку на іншу а слабка може тобто коли ми бачимо певну реакцію і в цій реакції було щось одне а потім сталось щось інше то найімовірніше що ця реакція відбулася через слабку взаємодію чому слабка взаємодія дуже важлива тому що слабка взаємодія визначає існування зірок в нашому всесвіті основний механізм світіння зірок - це так званий протон-протон цикл це процес коли два протони взаємодіють між собою вдаряються один в одних і перетворюються на ядро дейтерія на позитрон і на антинейтрино і От ця реакція коли два протони перетворюється на дейте вона і відбувається якраз за рахунок слабкої взаємодії через те що вона дуже слабка ця реакція дуже малоймовірна через те що вона дуже малоймовірна протони дуже рідко перетворюються на дейтерій через те що вони дуже рідко перетворюються на дейтерій зірки можуть світити мільярди десятки мільярдів сотні мільярдів років якщо ми на землі наприклад створиємо ядерну реакцію ядерну бомбу водневу бомбу то ця бомба вибухне миттєво за долю секунди а от сонце воно вже світить 4,5 млрд років і ще буде світіти саме стільки ж і воно так довго світить саме тому що воно воно світить через слабку взаємодію слабка взаємодія дуже слабка тому і ця реакція іде дуже і дуже і дуже і дуже повільно якби ядерні реакції всередині сонця відбувалися завдяки іншим типам взаємодії то сонце вибухнуло б миттєво то зірок би взагалі в нашому світі не існувало стабільних зірок які можуть існувати в такому режимі як вони існують мільярди років тому нам дуже пощастило що слабка взаємо по дія настільки слабка Бо саме завдяки цьому фактично на землі встигла утворитися наша цивілізація встигла утворитися життя встигли еволюціонувати ми з вами люди Ну давайте врешті-решт перейдемо до останньої взаємодії останньої фундаментальної взаємодії - це гравітаційна взаємодія гравітаційна взаємодія з однієї сторони - це найперша взаємодія яка була відкрита ще в часи Ньютона коли ніхто не знав про атоми про протони про нейтрони про кварки лептони і так далі з іншої сторони це одна з найбільш загадкових взаємодій Які взагалі тільки існують гравітаційна взаємодія має необмежений радіус дії будь-які два тіла у нашому всесвіті якби далеко Вони не були один від одного завжди взаємодіють між собою і завжди притягується гравітаційна взаємодія надзвичайно фантастично слабка якщо сильна Взаємодія це умовно одиниця електромагнітна Взаємодія це 1137 тобто в 137 разів слабша слабка вона слабша в 10 млрд разів то гравітаційна слабше в 10 в міну38 степені разів це мільярди мільярдів мільярдів мільярдів разів це настільки слабка взаємодія що в квантовому світі вона взагалі ніколи не враховується в жодній ядерній жодній квантовій жодній субатомній взаємодії Ми ніколи не кажемо про гравітацію і ми взагалі не розуміємо як гравітацію можна описати квантовим чином ми знаємо що Гравітація була дуже важлива квантова Гравітація на початку існування на наш всесвіту 13,7 млрд років тому коли наш всесвіт тільки народився після великого вибуху ми знаємо що тоді фактично весь Всесвіт був єдиною великою квантово-гравітаційною системою однак у нас немає жодної теорії яка здатна це описати У нас є дуже гарні теорії гравітації на великих масштабах це загальна теорія відносності загальна теорія відносності чудово пояснює все що ми бачимо у космосі вона пояснює і чорні діри і нейтронні зірки вона по пояснює гравітаційні хвилі які відбуваються при злитті чорних діри і нейтронних зірок вона пояснює обертання галактик вона пояснює надскупчення вона все пояснює але квантовий світ квантову гравітацію вона пояснити Ніяк не може об'єднати квантовий світ з гравітацією якось додати до фізики елементарних частинок модель гравітаційної взаємодії Ми не можемо у нас немає теорії квантової гравітації Ми намагаємося цю теорію побудувати є певні спроби але поки що всі ці спроби надзвичайно невдалі тому хоча це і одна з найперших взаємодій про яку люди дізналися але це мабуть буде остання взаємодія яку люди зможуть повним чином Дослідити і от всі взаємодії які я сказав всі ті чотири взаємодії вони виникають коли об'єкти обмінюються між собою певними частинками тобто що таке взаємодія Взаємодія - це не якась магія коли я кажу про електромагнітну взаємодію це не означає що в нас є заряд він магічним чином вплинув на інший заряд він сказав йому Ей давай притягайся до мене і вони почали притягатися або навпаки Так Ми однаково знаку давайтека будемо ми відштовхуватися між собою ні так це не відбувається у фізиці немає жодної магії фізика оперує конкрет речами фізика оперує конкретними елементарними частинками і будь-яка Взаємодія це є обмін певними елементарними частинками і всі ці взаємодії можна класифікувати чотири фундаментальні за тим якими саме частинками обмінюються між собою тіла якщо ми кажемо про сильну взаємодію то сильна Взаємодія - це обмін елементарними частинками який називається глюони від англійського слова глюклей Тобто це певні частинки які настільки сильні що вони при обміні склеюють інші об'єкти між собою так що ми їх не можемо розірвати коли ми кажемо про електромагнітну взаємодію то кванти електромагнітної взаємодії частинки якими обмінюються тіла це фотони тобто Фотон - це квант електромагнітного поля Фотон - це квант електромагнітної взаємодії і будь-які взаємодії між зарядженими тілами вони відбувається тоді коли ці тіла між собою обмінюються певними реальними чи віртуальними фотонами коли ми кажемо про слабку взаємодію то це обмін такими частинками які називаються векторні або калібрувальні бозони ці бозони вони дуже важкі вони можуть рухатися на дуже маленьку відстань і саме тому слабка взаємодія діє тільки на маленьких відстанях Ну і нарешті четверта взаємодія гравітаційна взаємодія ми вважаємо що вона виникає також Через обмін певними частинками ми не знайшли ціі частинки ми їх не зафіксували у нас немає доказів що ті частинки існують але це нам не завадило їх ввести Це нам не завадило їх описати не завадило дати їм назви ми їх називаємо гравітони ми вважаємо що гравітони - це щось дуже схоже на Фотон це Отакі промені частинки кванти гравітаційного поля будь-яка Гравітація будь-яке притягання це обмін оцими гравітонами які породжуються іншими тілами всіма тілами в нашому світі знов таки хоча Ми впевнені що вони повинні бути але довести ми це не можемо хоча ми їх ввели і описали але знайти їх Ми поки що теж не можемо тому цілком можливо і багато фізиків так і вважають що ніяких гравітонів в принципі не існує що існують тільки глюони це сильна взаємодія фотони слабка взаємодія електромагнітна взаємодія і векторні базони слабка взаємодія гльони фотони базони все деякі вчені кажуть що крім них є ще гравітони інші кажуть ніяких гравітонів не існує в будь-якому разі Це відкрите питання це питання до майбутнього Ну І от ми вже з вами розмовляємо майже 50 хвилин і тепер лише тепер через 50 хвилин нашої розмови Ми вже знаємо для того достатньо щоб перейти безпосередньо до обговорення елементарних частинок елементарні частин треба якось класифікувати І от Саме ці дві речі про які я казав до того здатність брати участь в певні фундаментальні взаємодії та здатність мати певний спін і визначають що це буде за елементарні частинки якщо елементарні частинки мають цілий спін тобто 0 1 2 3 То це будутьлі вальні бозони це будуть частинки які передають взаємодію таких базонів є як я вже згадував Фотон глюон векторні базони Z і w крім того до них належить бозон хікса про який я також згадував який надає масу всім іншим частинкам Якщо ж у елементарних частинок спін напівцілий 1/2 Тобто це ферміони і вони при цьому беруть участь в сильній взаємодії то ми називаємо такі частинки адронами якщо в них спін напівцілих і вони не беруть участь в сильній взаємодії то ми їх називаємо лептонами тобто адрони і лептони - це такі ферміони частинки з напів цілим спіном які або беруть участь в сильній взаємодії або не беруть участь в сильній взаємодії і От коли люди все це дослідили коли люди все це дізнались ко коли Люди зрозуміли які бувають взаємодії які бувають частинки які бувають спіни вони поступово за досить довгий досить тривалий час створили так звану стандартну модель стандартна модель - це найбільш просунута існуюча зараз модель елементарних частинок та взаємодії між ними ви можете побачити На цьому малюнку класифікацію всіх елементарних частинок які існують взагалі в нашому всесвіті відповідно до стандартної моделі ви можете побачити що вони об'єднані в певні групи зліва зверху ви можете побачити групу з шести частинок це елементарні адрони або кварки під ними ви можете побачити групу ще з шести частинок це елементарні лептони Ну А справа ви бачите окремі частинки які називаються елементарні калібрувальні вазони давайте про них трохи детальніше поговоримо Отже почнемо з кварків кварки - це елементарні адрони кварки - це ферміони тобто вони мають напівцііли спін і це адрони тобто вони беруть участь в сильній взаємодії це маючи напів цілий спін елементарні частинки які беруть участь в сильніх взаємодії ви можете побачити що кварків всього існує в нашому світі шість вони називаються Up Down CH Strange Top Bottom останні два Top і Bottom іноді ще називають True і Beauty або їх називають за першими літерами їх назви U D C S TP українською мовою їх як правило перекладають як верхній нижній чарівний красивий правдивий і дивний up- верхній Down нижній Strange дивний Bot Beauty красивий True правдивий charm чарівний ці кварки вони поділені на три покоління Перше покоління Up Down друге CH Strange третє Top Bom всі кварки є зарядженими частинками всі кварки мають заряд Тому вони беруть участь крім сильної ще і в електромагнітній взаеймодії причому заряд кварків Він дорівнює для верхнього правдивого і чарівного 2ві третини для нижнього дивного і красивого -1/3 Ну от такий він є тобто заряд всіх кварків це 2/т або 1/3 також коли кварки були відкриті виявилося що всі кварки мають певний колір причому цих кольорів буває лише три це червоний синій і зелений тобто наприклад буває верхній червоний кварк красивий синій квар тощо Звичайно що коли люди чують такі назви вони по починають уявляти щось своєщо нібито Там дійсно є якийсь колір нібито кварки - Це дійсно якісь кульки червоногосинього кольору нібито там є певна дійсно дивність чарівність Ну звичайно що нічого такого не буває Звичайно що в реальності ніякої дивності ніявної краси як ми це звикли з класичних термінів не існує просто коли ці кварки відкрили то виявилося що ті кварки Мають дуже багато властивостей які ми не можемо ніяк описати які не мають аналогів в нашому світі тому у вчених які це відкрили у них було дві альтернативи вони могли а вигадати абсолютно нові слова сказати що це властивість кварка номер один властивість кварка номер два властивість кварка номер три що це кварк перший другий третій четвертий п'ятий шостий А могли ви ти ті слова які вже були в словниковому запасі але ще не були в фізиці використані наприклад чарівність краса правдивість і вони просто для зручності обрали для опису кварків Ось такі слова тобто не слід уявляти Що красивий кварк дійсно красивий красивий кварк має певну властивість яку абсолютно Для зручності люди назвали красою дивний кварк має власти сть абсолютно яка не пов'язана з дивністю яку просто для зручності назвали таким словом топкark або True quarк Він має властивість яка ніхак не пов'язана чи він зверху чи він правдивий А яка просто була так названа всі кварки є ферміонами у них у всіх спін 1/2 і всі кварки мають античастинки які так і називаються антикварки тобто в нас є шість кварків до кожного кварка є свій антиква це вже 6* 21 причому кожен кварк має один з трьох кольорів можете раз порахувати скільки різних комбінацій може існувати під цими кварками ви можете побачити групу ще з шести також частинок це елементарні лептони вони поділяються на заряджені лептони їх є три Електрон мюон і уон і незаряджені лептони вони називаються нейтрино їх є також три електроне нейтрину міонне нейтрину таоонне нейтрину або таонейтрину так само як і кварки лептони поділяються на три покоління причому кожному поколінню кварків Up Down відповідає певне покоління лептонів Електрон і електрони нейтріну в другому поколінніча strange відповідає міон і міоненейтрина третьому топ бочем відповідаю тауон і тауоненейтрина чому поколінь частинок в нашому світі лише три загадка відповіді на яку поки що ніхто не знає і кварки і лептони є ферміонами тому і кварки і лептони мають спін щодо заряду то електрон міон і таоон вони мають Заряд тому Електрон міон Та огон вони здатні брати участь в електромагнітній взаємодії а от останні частинки електронне міонне і таонне нейтрино вони не є адронами тобто вони не беруть участь в сильній взаємодії вони не мають заряду тому вони не беруть участь в електромагнітній взаємодії і вони беруть участь тільки у слабкій взаємодії Ну і напевно в гравітаційній Але як я вже казав гравітаційна взаємодія вона десь абсолютно окремо ми про неї нічого не кажемо Саме через те що всі три типи нейтрино беруть участь тільки в слабкій взаємодії нам дуже складно їх досліджувати нейтрино вони можуть проходити через звичайну речовину ніяк з неї не провзаємодіючи наша планета Земля для нейтрино є прозорою вони проходять через нас Через наші тіла через землю під нами вони можуть пройти через сонце все вони можуть пройти абсолютно через будь-що ніяк неправзаємодіючи з цими об'єктами кожне покоління нейтрино відповідає певному лептону електрону міону або таоону а з усіх тих частинок які тут наведені кварк і лептоди стабільними є лише Електрон і три типи нейтрину і кварки і міон і Та он вони є нестабільними всі ці частинки Вони мають певну вагу для нейтрино ця вага дуже маленька Ми навіть не знаємо наскільки вона мала але ми знаємо що вона певна є Електрон він трохи важчий міон Та он вони ще важчі кварки - це найважчі елементарні частинки топ кварк - це найважча з елементарних частинок яка була здається І виявлена також з них останньою ми не знаємо точно яка маса нейтрино існує але ми знаємо точно що вона є за це була видана Нобелівська премія ми знаємо що нейтрино можуть перетворюватися одні на одні але ця маса дуже маленька і в нас немає можливостей якось її досліджувати якщо ми кажемо наприклад про міон і тауон якщо Електрон - це Перше покоління мон - це друге та ООН - це третя то це можна назвати важким і надважким аналогом електрона і в принципі вони можуть Електрон певним чином замінити тобто коли ми кажемо що атом - це ядро навколо якого обертаються електрони але в принципі можна ці електрони навколо ядра замінити на міонами Тоді це буде певний міонний атом це буде ядро навколо якого обертаються міони він буде дуже схожий на звичайний але він буде значно менший за розміром і це надзвичайно насправді перспективний напрямок це напрямок який зменшує атоми якщо б ми навчилися створювати ці міони у великій кількості ми б змогли замінити електрони в певних атомах міонами ми б змогли зменшити атоми ми б змогли зменшити речовину це фактично ті самі фантастичні фільми коли вчені створюють прилад який зменшує людей і робить з людей комах Так ми б дійсно зменшили речовину там у 200 з чимось разів і коли б ми це зробили ми б змогли створити так званий хіміонний каталіз це явище коли атоми починають взаємодіяти між собою і створювати ядерні реакції не при температурах сонця не при температурах в мільйони градусів а при кімнатній температурі тобто якщо б ми навчилися створювати міони ці б міони могли б дозволити нам отримати нескінченне майже джерело енергії нібито спорожнечі вже при кімнатній температурі перспективний напрямок але тут є проблема бо ми цю міони поки що не вміємо створювати в достатній кількості бо це дуже складно але ми їх створюємо досліджуємо всі ці частинки Були знайдені і міон був знайдений і тоон був знайдений тощо знов таки і кварки і лептони мають свої античастинки тобто Електрон античастинка позитрон міон антиміон таон антитауон електронне нейтрино електронне антинейтрино міонне нейтрино міонне антинейтрино таоне нейтрино таоне антинейтрина тобто у всіх кварків у всіх лептонів є свої анти частинки антикварки антилептони у них є багато інших характеристик Ну ви можете побачити на цій таблиці це певна таблиця з їх властивостями тобто наприклад у кварків є різні заряди У них є спін 1/2 У них є певна парність У них є певний ізоспін який має різні проекції У них є певна дивність У них є певна краса у них є певна правдивість У них є певний чарм У них є певна маса причому маса кварка Вона може маса різних кварків вона може відрізнятися в багато разів і це теж одне з відкритих питань чому елементарні частинки настільки різні за своєю масою чому ми про них знаємо Так небагато І чому ми їх не можемо досліджувати так як ми досліджуємо звичайну матерію головна проблема полягає у тому що ми не можемо спостерігати коварки окремо але при цьому хоча ми їх не можемо спостерігати окремо це явище так званого конфайменту про яке я скажу трохи далі вони були експериментально виявлені вони були знайдені Ми впевнені що вони є це підтверджено просто отакий світ наш що розділити певні частинки протони і нейтрони на кварки ми їх не можемо як приблизно виглядає схема для пошуку кварків Ми беремо певне тіло тіло складається з певних атомів в них є ядра в ядрах є протони і нейтрони і ми пропускаємо щось на великій швидкості через ці протони і нейтрони ми нібито б'ємо в них і ми дивимося що відбувається з цією частинкою чи буде вона рухатися прямо чи вона кудись відхилиться і коли люди зробили такі досліди вони побачили що кожен протон і не Трон насправді всередині складається з трьох окремих частинок з трьох окремих заряджених субчастинок які і були знайдені які були названі кварками що таке слово кварк від чого воно походить знов таки Є багато легенд і що це певний крик чайок і що це назва певного творога в будь-якому разі так вони просто були названі вважають що кварки і ідею про кварк побудову речовини запропонували мюрей гленман і Джордж свейк в 64 році а в 69 році за це була дана Нобелівська премія здається тільки мюрей гленман її отримав Здається це які її не отримав І от окремі кварки вони в нашому світі існувати не можуть Наш світ побудований так що кварки завжди об'єднуються між собою і це об'єднання кварків Вона має іншу назву полон кварків або ув'яснення кварків або Англійською мовою кофй цей конфймен полягає у тому що кварки завжди об'єднуються так щоб створити безкольорову частинку як я казав кожен кварк має колір він може бути Red Green Blue червоний синій зелений всі частинки які існують в нашому світі Вони завжди безкольорові тобто білі як можна отри отримати білий колір білий колір можна отримати якщо ми візьмемо наприклад Три кольори червоний зелений і синій і об'єднаємо між собою це означає що з трьох кварків які мають різні кольори обов'язково може утворитися частинка яка вже не буде елементарною яка вже буде мати внутрішню будову але вона не буде мати кольору і тому вона може бути існувати стабільно і прикладом такої частинки є наприклад Нейтрон або протон і Нейтрон і протон складаються з трьох кварків причому це два верхній кварки один нижній або навпаки два нижніх і один верхній і ці кварки об'єднуючись між собою утворюють безкольорову частинку яка відповідно існує в нашому світі в стабільний час але це не єдиний спосіб як можна створити білий колір з інших кольорів як я вже казав крім кварків існують антикварки антикварки мають антивластивості тобто якщо у кварка колір червоний то у антикварка колір античервоний якщо у кварка синій то у антикварка антисиній у кварка зелений у антикварка антизелений І от якщо ми об'єднаємо кварк і антикварк з такими парами кольорів тобто синій і антисиній зелений антизелений червоний античервоний то вони разом нібито знищаться і дадуть знов таки білий колір і це означає що стабільну частинку можна утворити не тільки з трьох кварків а й з двох але один з них повинен бути антикварком І от в залежності від того з двох чи з трьох кварків утворена певна частинка Вона має різну назву якщо це частинка утворена з трьох кварків вона називається баріон Тобто баріон це певний адрон бо він бере участь в сильній взаємодії це неелементарний адрон бо він складається з кварків і це неелементарний адрон який складається з трьох кварків різних кольорів обов'язково червоний синій і зелений але крім існують ще так звані мезони мезони - це комбінація двох кваків синій антисиній зелений антизелений червоний античервоний об'єднуючись між собою вони створюють знов таки адрон Бо він бере участь в сильній взаємодії але вже лише з двох кварків і От коли кажуть що Вчені відкрили велику кількість частинок в нашому сві в світі мають на увазі як правило оці самі баріони і ті самі мамезони кварків елементарних фундаментальних існує лише шість а от комбінацій різних іх кварків можна створити дійсно величезну кількість Ну наприклад протон протон - це комбінація двох верхніх кварків up up і одного нижнього кварку Down причому колір повинен бути червоний синій і зелений Нейтрон нейтрон - це один верхній кварк Up два нижніх Down Down якщо ми наприклад візьмемо протон up up Down і один верхній кварк Up замінимо Ну наприклад на Strange дивний кварк то ми отримаємо абсолютно іншу частинку яка вже буде називатися лямда баріон Тобто це щось схоже на протон і Нейтрон але що має абсолютно інші властивості і от комбінуючи ці верхні Нижні чарівні правдиві красиві кварки між собою в різних комбінаціях з двох кварків з трьох кварків з різними кольорами з різними зарядами ми отримуємо десятки сотні різних частинок і в принципі всі ці частинки вони спостерігаються в нашому світі Вони живуть дуже короткий час вони дуже швидко гинуть перетворюючи на щось інше але при цьому вони спостерігаються в реальності і в реальності наш світ саме і створений на глибокому рівні от з тих самих кварків адронів Навколо яких Звичайно що рухаються інші частинки лептони фотони тощо зараз вже знайдено більше чотирьох сотень різних частинок які є комбінаціями оцих кварків але вони продовжують знаходитися і далі хоча ми кажемо що вони не є елементарними але іноді дійсно в підручниках можна знайти як я казав згадку коли протон і Нейтрон називають елементарними частинками Чому це так роблять ну можна сказати дві відповіді перша відповідь що це помилка і це дійсно помилка бо Ані протон Ані Нейтрон елементарними не є Це помилка яку допускають багато На жаль і вчених і викладачів Ну так вже є але можна сказати по-іншому Можна сказати що так як протон і Нейтрон Хоча вони і складені Але ми не можемо їх розірвати на три окремі кварки то якщо ми не можемо їх розірвати то ми назвемо їх елементарними ну щось в цьому є але Я особисто з таким визначенням не погоджуюсь з таким визначенням не погоджується найкраща англомовна література Ну а що є вже в україномовніх підручниках Ну то таке в будь-якому разі посправді елементарними є кварки лептони і базони калібрувальний базони протони і нейтрони елементарними не є причому Хоча я казав що об'єднання кварків буває лише або з двох або з трьох насправді можна легко вигадати і більші комбінації Ну наприклад якщо ми беремо на два кварки синій антисиній а синій антисиний зелений антизелений вже чотири кварки це теж буде білий колір тобто така частинка теж може існувати і вона була дійсно знайдена Це тетракварки або наприклад Red Green Blue червоний зелени-синій і поруч червоний античервоний Це вже буде частинка з п'яти кварків ну такаж частинка теж була знайдена це так званий пентакварк я не здивуюсь якщо колись знайдуть і більшу частину наприклад з шести кварків семи восьми тобто тут нічого абсолютно дивного незвичного немає кварки можуть об'єднуватися як я казав вже в різних комбінаціях формуючи матерію нашого світу Причому коли ми кажемо про об'єднання кварків Слід зазначити що на початку нашого світу взагалі оцих об'єднань протонів нейтронів лянда баріонів пімезонів не існувало тобто існували лише кварки самі по собі і ті кварки вони обмінювалися між собою оцими переносниками сильної взаємодії Я вже казав що переносник сильної взаємодії - це глюон і ці кварки заповнювали весь простір не об'єднуючись а сутільним таким нібито полем сутільною плазмою і оцей стан речовини який заповнює весь простір отакою суціільною плазмою скварків які пов'язані між собою кльонами Він називається кваркглюонна плазма вважається що кваркглюонна плазма це Стан нашого всесвіту в перші долі секунди його існування коли температури були настільки великі що ще не утворилися Ані протони Ані нейтрони бо саме кварки разом з електронами елементарні частинки це були перші складові які виникли в нашому всесвіті після великого вибуху і Хоча ця кваргльонна плазма як вважається була лише на початку існування нашого всесвіту вчені вже навчилися її створювати Ну звичайно не на великий час на дуже короткий час але навчилися її створювати в лабораторіях і в лабораторіях дійсно вже була створена такий така Так звана кварклюгоноплазма тобто стан речвини в який взагалі не існує нічого крім отих найбільш елементарних найбільш основних частинок варків і гліонів які їх об'єднують між собою це нібито певне сутільне поле сутільна плазма яка заповнює весь простір Ну але це то таке це було на початку повернемося Давайте до нашої стандартної моделі Отже ми вже поговорили про кварки адрони сильна взаємодія і лептони те що не бере участь в сильній взаємодії поруч з ними праворуч ви можете побачити калібрувальні базони і базон хікса калібрувальні базони це глюон це переносник сильної взаємодії це Фотон переносник електромагнітної взаємодії і це три векторні базони Z базон і w базон які є переносниками слабкої взаємодії чому я кажу три тому що w їх насправді дві два W + і w мінус крім того ви можете побачити збоку бозон хікса який абсолютно окремих і сам по собі всі ці бозони мають цілий спін для бозона хікса він нульовий урешті Він дорівнює одиниці всі ці бозони відповідають за певні типи взаємодії глюон - це безмасовий бозон який є переносником сильної взаємодії саме глюон об'єднує між ж собою кварки створюючи протони і нейтрони Фотон - це теж безмасовий бозон який є переносником електромагнітного поля Фотон - це світло Фотон - це взаємодія між зарядженими тілами Z і w базони вони так називаються Z тому що Zero бо він не має заряду w тому що weк слабкий переносник слабкої взаємодії вони дуже важкі і саме тому що вони дуже важкі слабка взаємодія дуже короткодіюча і остання частинка останній базон стандартної моделі - це базон хікса це певне поле яке було передбачено ще в 60 роки пітером хіксом іноді це поле цей бозон називають частинкою Бога як я казав всі частинки мають певну масу А звідки ця маса береться от Виявляється що вся маса виникає через взаємодію з базонами хікса Виявляється що самі по собі всі частинки безмасові тобто так само як Фотон і глюон не мають мас і всі решта частинок самі по собі її теж не мають але наш простір всюди от от я сиджу тут переді мною всюди абсолютно в нашому всесвіті існує сутільне поле хікса і коли ко я рухаюся моя рука рухається крізь поле хікса і частинки моєї руки вони взаємодіють з цим полем хікса яке нібито заважає йому рухатися Якщо я рухаюсь у воді мені буде заважати вода якщо руха рухаюсь в полі хікса мені буде заважати поле хікса і от чим сильніше заважає поле хікса тим більша моя маса тим мені складніше рухатися тому поле хікса - це фактично те Що поро маси в нашому всесвіті і за відкриття цього поля хікса після його підтвердження на великому адроному калайдері була також видана Нобелівська премія це останні частинки які є в цій стандартній моделі це остання частини стандартної моделі але Важливо не тільки те що є на цьому зображенні в цій таблиці а і те чого тут немає а тут немає гравітона тобто Гравітація в стандартну модель ніяк абсолютно не вписана Гравітація існує сама по собі хоча ми передбачили властивості оцього гіпотетичного гравітона ми його ще не знайшли і ми навіть не впевнені що він існує ми не впевнені що колись нам взагалі вдасться от сюди в цю таблицю вписати гравітон всі теорії взаємодій вони вони розвивалися поступово і люди поступово розуміли як ці взаємодії пов'язані між собою вони поступово об'єднували певні теорії разом ну Спочатку була теорія електромагнітної взаємодії Максвелла була теорія слабкої взаємодії потім Люди зрозуміли що слабка і електромагнітна взаємодія вони дуже тісно пов'язані і Так виникла Так звана теорія електрослабкої взаємодії яка пояснила що і слабка і електромагнітна Взаємодія - це різні прояви схожих об'єктів потім було зроблено те ж саме для сильної тобто електрослабка і сильна вони були теж об'єднані і саме Так виникла стандартна модель тобто стандартна модель - це об'єднання слабкої сильної і електромагнітної взаємодії І от Якщо вдасться до цих трьох додати ще і гравітацію то це буде легендарна Теорія всього яку До останніх днів свого життя намагався знайти Ейнштейн Якщо нам вдасться єдиною теорією пояснити всі чотири взаємодії в нашому всесвіті ми зможемо сказати що ми нарешті зрозуміли наш світ Але до цього дуже і дуже і дуже і дуже далеко поки що Гравітація абсолютно окрема від квантового світу поки що Гравітація описується не квантови механікою не квантовою хромодинамікою не стандартною моделлю а загальною теорію відносності і Ці дві теорії стандартна модель та теорія відносності дуже не схожі між собою загальна теорія відносності і стандартна модель несумісні і оце є однією з найбільших загадок сучасної фізики відповідь на яке на яку ми поки що не знаємо і як я вважаю ще не дізнаємося багато років але насправді це далеко не єдина загадка насправді таких загадок існує дуже багато і про багато з цих загадок Я вже сьогодні згадував Ну наприклад чому існує саме три покоління кварків і лептонів чому існує Електрон важкий Електрон міон і надважкий таоон чому три чому не два чому не одне Чому не чотири намагаються люди зрозуміти але ні ніяк от просто три А чому у кварків Три кольори чому червоний зелений і синій чому не чотири чому не два і знов таки це питання без відповіді кварки зараз я кажу що кварки - це елементарні частинки які не мають внутрішню будову А може все ж таки мають може існує субкваркові частинки ще менші і це питання без відповіді чому елементарні частинки настільки різні маси елементарних частинок може відрізнятися в мільярдів разів маса верхнього кварка - це гігаелектронвольти сотні гігаелектронвольт маса нейтрино - це менше одного електронвольта дві елементарні частинки Чому вони відрізняються в сотні мільярдів разів за своєю масою це питання без відповіді ми не знаємо І взагалі ми не знаємо нічого про масу нейтрино ми знаємо що вона є 100% ми знаємо що вона дуже мала а й все чому дорівнює невідомо чому є три покоління лептонів три покоління кварків три покоління лептонів це пов'язано чи ні чому і вони теж настільки сильно відрізняються можливо це пов'язано з тим що в нашому світі три виміри довжина ширина висота а можливо ні і чому Гравітація настільки слабка чому Гравітація на 38 порядків слабша за си слабку за сильну взаємодію невідомо просто дуже слабка взаємодія чи може розпастися протон поки що ми цього не зафіксували але Можливо колись ми не знаємо як я казав існує речовина антиречовина частинки античастинки Але чому наш світ майже повністю складається лише з частинок а античастинок настільки Мало вони дуже схожі вони майже однакові чому частинок багато а античастинок мало загадка Ніхто про це не знає на жодне з цих питань поки що наука не дала відповідь і поки що навіть не наблизилися до цього Чому наприклад у всіх безмасових частинок спін обов'язково або один або два один - це Фотон два - це гравітон чому немає напри приклад безмасових частинок з нульовим спіном І взагалі чи дійсно глюон і гравітон безмасові і чи дійсно вони існують бо навіть існують такі теорії що гравітонів не існує А може і глюонів не існує і так далі тобто хоча ми знаємо дуже багато хоча ми вже дізналися і про кварки і про лептони і про баріони і про мезони і про адрони і про ферміони і про базони ми знаємо як вони взаємодіють як вони класифікуються ми їх знайшли зафіксували але хоча ми знаємо дуже багато список загадок про які ми ще нічого не знаємо у фізиці елементарних частинок величезних і вченим вистачить роботи ще на десятки а можливо навіть і на сотні років щоб їх поступово розв'язати ну але я впевнений що колись Може не зараз може може не при моєму житті але колись обов'язково людство знайде відповіді на всі ці знагадки Ну і це в принципі все що я хотів вам сьогодні розказати лекція вийшла дійсно досить довга і досить складна але я сподіваюсь що вона вийшла для вас цікава на цьому все і дякую за увагу