Слайд 3. И есть другие частицы, которые тоже идут такой троицей, и они называются лептонами

И есть другие частицы, которые тоже идут такой троицей, и они называются лептонами. Из них наиболее известные — это электрон, и частичка, которая называется нейтрино, она не имеет электрического заряда.

Природа почему-то не поскупилась и изготовила электрон в трёх копиях, ещё имеется два лептона, которые называются мюон и тау-лептон. И каждому заряженному лептону соответствует свое собственное нейтрино, причем это всё — разные частицы! Впрочем, копии электрона гораздо тяжелее его. Здесь я выписал массы этих частиц, пользуясь довольно странной единицей, — не граммами, не килограммами, а мега-электрон-вольтами (МэВ). Почему я не использую килограммы для обозначения массы? Потому что масса, скажем, протона и нейтрона составляет порядка 10^-27 кг, что, конечно, очень мало. Ясно, что с такими мелкими единицами обращаться неудобно. Величина 1 МэВ или, если полностью, мега-электрон-вольт — это та энергия, которую приобретает электрон, если он проходит разность потенциалов в миллион вольт. Почему я в энергетических единицах меряю массу — потому что Эйнштейн написал небезызвестную формулу: Е=mc?. Эта формула говорит, что если у тела есть масса, то его энергия в покое есть mc?. Благодаря этой формуле, в физике элементарных частиц часто меряют массу в единицах МэВ, это удобно. Более примечательны относительные величины: электрон весит половину этой единицы МэВ, что в 2000 раз меньше массы протона и нейтрона. Следующий лептон (мюон) весит в 200 раз больше, а последний (тау-лептон) в 3600 раз больше, т.е. он даже тяжелее протона.

Теперь вернемся к кваркам. Кварки делятся на две группы: одна — это u,d,s — сравнительно лёгкие, u-кварк всего в 8 раз тяжелее электрона. Чепуха, да? d-кварк тоже лёгкий, s-кварк какой-то промежуточный, а вот эти три последних c,t,b очень тяжёлые. Причем, какая удивительная штука, они даже тяжелее, чем сам протон. Протон сделан из кварков, но он сделан из лёгких кварков, а есть ещё отдельные объекты, которые тяжелее, чем составной протон, причём намного тяжелее, t-кварк — совсем тяжёлый. Соответственно, физика частиц, составленных из лёгких кварков, очень отличается от физики частиц, состоящих из тяжёлых кварков. Возвращаясь на слайд 2, видим, что протон сделан из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон, который нейтральный, сделан из двух d-кварков и одного u-кварка. Это стабильные частицы, а вот, например, этот гражданин под названием лямбда-гиперон состоит из u, d и ещё s кварка. Вот такой имеется зверинец.

Материя устроена наподобие матрёшки: открываешь большую матрёшку (молекулу) — там атом, открываешь атом — там ядро и электроны, в ядре — протоны и нейтроны, а в последних — кварки. Это последняя, цельная матрёшка, как и электрон. Сегодня считается, что кварки и лептоны — то, что приведено на слайде 3, — уже не имеет внутренней структуры.

Есть одно чрезвычайно важное обстоятельство, отличающее кварки от лептонов. Каждый из приведенных здесь кварков существует в трёх ипостасях. Кварков каждого сорта на самом деле по три штуки. Эту новую, дополнительную характеристику кварка тот же Гелл-Манн назвал “цветом”. К нашему обычному цвету — красному, зеленому, синему — это не имеет никакого отношения. Это просто такое словечко, чтобы нам жилось веселее. Соответственно, наука, которая изучает взаимодействие кварков, называется квантовая хромодинамика. Она “хромо” не потому, что она обращается с обычными цветами, а потому что она намекает на это словечко “цвет”, который характеризует кварки.

Теперь фундаментальные силы — см. слайд 4. Я немного упрощаю, но во всех популярных книжках написано то, что у меня на этом слайде, — что фундаментальных взаимодействий четыре. Есть гравитация, закон Ньютона: все тела друг к другу притягиваются с силой, пропорциональной массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния. Мы говорим, что переносчиком этого взаимодействия является гравитон. Такая безмассовая частичка, то есть не имеющая массы, она всегда распространяется со скоростью света, поэтому гравитация распространяется со скоростью света. Она обеспечивает то, что есть закон притяжения Ньютона.