Современные достижения физики Элементарных частиц

Современные достижения физики Элементарных частиц.

Если присмотреться, то атомы не такие уж и простые физические объекты. Считалось, что это мельчайшие неделимые частицы материи. Однако это не так.

Оказалось, что атом состоит из положительного заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны. В свою очередь, ядро имеет внутреннюю структуру. Оно состоит из положительно заряженных протонов и нейтронов, не имеющих эл. заряда. Эти крошечные частички материи назвали элементарными частицами, а раздел физики, исследующий их свойства и взаимодействия – физикой элементарных частиц(ФЭЧ).  Чтобы исследовать эти свойства, создаются большие экспериментальные установки, называющиеся ускорителями.

Но физическая реальность оказалась куда более разнообразной. Как показали эксперименты, протоны и нейтроны не такие уж и элементарные. Они состоят из кварков двух типов – u и d. Протон – это комбинация одного u и двух d кварков, а нейтрон – двух u и одного d кварков.

Протоны и нейтроны в ядре, как, в свою очередь, кварки в нейтронах и протонах, удерживаются вместе особыми силами, которые называются ядерными. Эти силы намного мощнее электрических сил, но действуют на очень коротких расстояниях и на расстояниях порядка размера атома уже не чувствуются. Ядерные силы - это проявление так называемого сильного взаимодействия, одного из четырёх фундаментальных взаимодействий природы. Не смотря на интенсивные исследования,  теория сильного взаимодействия до сих пор не построена. Мы только знаем его проявления и свойства.

Физика микромира.

Микромир подчиняется совершенно другим закономерностям, и применение к нему законов классической механики и электродинамики приводит к парадоксальным и шокирующим результатам. Так, атом с точки зрения классической физики абсолютно неустойчивая система. Поэтому была создана новая теория, объясняющая свойства микромира. Она называется квантовой механикой. Не смотря на то, что её результаты и предсказания с фантастической точностью неоднократно подтверждались в экспериментах, многие старые физики-классики долго не признавали эту теорию. Дело в том, что основные принципы и следствия квантовой механики совершенно абсурдны с точки зрения здравого смысла. Так, например, согласно принципу неопределённости Гейзенберга, имеющему фундаментальное значение, у частицы нельзя одновременно точно определить скорость и её положение в пространстве. Если мы, например, локализуем частицу в очень  маленькой области пространства (в пределе в точке), то совершенно непонятно, где она окажется в следующий момент времени, то есть её скорость будет неопределённой. Понятие траектории  в квантовой механике вообще теряет смысл.

Не смотря на кажущуюся парадоксальность принципов и закономерностей квантовой механики, эта теория является  очень красивой и абсолютно точной теорией, которой подчиняется микромир. Эти принципы нельзя понять, их просто надо принять. Ричард Фейнман, один из величайших физиков двадцатого столетия писал: «Было время, когда газеты сообщали, что только двенадцать человек понимают теорию относительности. Я не верю, что такое время когда-либо было. Могло быть время, когда ее понимал только один человек, тот самый парень, который схватил ее суть перед тем, как написать свою статью. Но после того как люди прочитали его статью, масса людей стала так или иначе понимать теорию относительности, и уж точно число этих людей превышало двенадцать. С другой стороны, я думаю, что могу совершенно спокойно сказать, что квантовую механику не понимает никто».