Нейтрино

В 1930 г. в результате проведенных экспериментов оказалось, что в некоторых ядерных распадах как будто не сохраняется энергия — количество регистрируемой в конечном состоянии энергии было меньше энергии первоначального состояния системы. Вольфганг Паули предположил, что энергию может уносить некая невидимая частица без электрического заряда, участвующая только в слабом взаимодействии. В этом случае она бы пролетала через обычные детекторы, не производя никакого эффекта. Кроме этого, она бы уносила энергию. Если это так, то могли быть сделаны определенные предсказания для движения других испускаемых в распаде частиц. Они были проверены, и через несколько лет большинство экспертов уже было убеждено, что такие частицы — нейтрино — действительно существуют. Их удалось зарегистрировать лишь в 1958 г., т. е. спустя почти тридцать лет после того, как они были постулированы. Нейтрино часто обозначают греческой буквой «ню» (v).

Другие кварки и лептоны

Есть еще две частицы, похожие на электрон. Все их свойства идентичны свойствам электрона, за исключением того, что они тяжелее, и каждой соответствует свое собственное нейтрино. Хотя мы и не знаем, почему это так, но Стандартная модель правильно описывает их поведение. В экспериментах рождается большое количество этих частиц, и они летят в самых разных направлениях. Эти частицы нестабильны и распадаются за время, меньшее одной миллионной доли секунды, на электроны, позитроны, нейтрино и фотоны. Таким образом, родившись, они не остаются вокруг нас, и не входят в состав чего бы то ни было, что мы видим. Во всех случаях Стандартная модель может правильно предсказать число этих частиц, направление их движения, энергию, время жизни и любые другие аспекты поведения. Одна из них называется мюон (обозначается греческой буквой р), а другая тау-лептон (т). Ввиду чрезвычайно схожего поведения, электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие им нейтрино образуют класс частиц, называемый «лептоны ».

Аналогично, есть еще два кварка, таких же, как верхний кварк, но тяжелее его. И в этом случае Стандартная модель правильно предсказывает все аспекты их поведения — время жизни и др. Они называются очарованный кварк (с-кварк) и истинный кварк (i-кварк). Также существует два кварка, во всем похожих на d-кварк, кроме того, что они тяжелее его. Они называются странный кварк (з-кварк) и прелестный кварк (5-кварк). Хотя Стандартная модель может полностью описать поведение всех этих дополнительных кварков и лептонов, она не может сказать, почему они существуют. Позже мы увидим, что их существование может быть объяснено в рамках теории струн.

Обычно кварки и лептоны объединяются в так называемые поколения. Первое поколение образуют электрон, верхний и нижний кварки, из которых состоит все, что мы видим, и электронное нейтрино. Во втором поколении содержится частица, похожая на электрон, но тяжелее его (мюон), мюонное нейтрино и кварки, похожие на верхний (u-кварк) и нижний (d-кварк), но тяжелее (очарованный и странный). В третьем поколении еще более тяжелый, похожий на электрон тау-лептон, связанное с ним тау-нейтрино и другие более тяжелые кварки (аналогичный верхнему — истинный кварк и аналогичный нижнему — прелестный кварк). Есть надежные экспериментальные доказательства того, что других поколений кварков и лептонов не существует. Это видимое разделение частиц на три поколения, идентичных друг другу во всем, кроме все более возрастающей от поколения к поколению массы частиц, есть одно из наиболее удивительных открытий в физике частиц за прошедший век. Оно называется проблемой поколений. Мы пока не знаем, почему в природе три поколения, а не одно. Насколько мы понимаем сегодня, одного поколения было бы достаточно, чтобы построить весь этот мир. Неправильно говорить, что мы недостаточно умны, чтобы извлечь из Стандартной модели необходимость существования трех поколений лептонов, просто Стандартная модель не содержит в себе тех принципов, которые могли бы это объяснить. Мы надеемся, что это смогут сделать будущие расширения Стандартной модели. Притягательным свойством теорий струн является то, что они, возможно, могут ответить на этот вопрос, хотя мы пока не знаем, правильно ли.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >