Парадокс слабой силы: меньше малого, больше большого
В разные времена люди пытались объяснить устройство мира. Помните, про черепаху и четырех слонов, которые держат на себе землю? У современной физики тоже есть свои "слоны". Четыре фундаментальных взаимодействия - электромагнетизм, гравитация, сильное и слабое ядерные взаимодействия - призваны объяснить как во Вселенной на микро- и макроуровнях работают пространство, время, вещество, энергия и разнообразие. Естественным для таких поисков является описание мира в виде "здания", состоящего из "кирпичиков" - элементарных частиц. В качестве объяснения физики избрали Стандартную модель. Рассмотрим внимательней, что это такое.
|
В поисках альфы и омеги
В Древней Греции считали неделимым атом, в V веке до н.э. мудрые греки даже создали отдельную школу натурфилософии. Физика ХХ века совершила грандиозный переворот в системе представлений, и доказала, что это не так. Энрико Ферми (1901-1955), один из участников Манхэттенского проекта и основоположник физики высоких энергий, в 1933 году разработал теорию так называемого бета-распада частиц, при котором ядро и нейтроны атома превращаются в заряженные протоны и электроны. Но на этом дело не закончилось!
|
Базовые частицы мироздания
Подлинно элементарными частицами, которые уже не делятся ни на какие подчастицы и несут дробный электрический заряд, оказались кварки. Именно из них состоят считавшиеся когда-то монолитными кирпичиками мироздания протоны и нейтроны. Считается, что кварки находились в виде плазмы в первый миг после так называемого "Большого взрыва", с которого, как предполагают ученые, началась Вселенная. После падения температуры кварки с помощью глюонов - нейтральных склеивающих частиц - соединились друг с другом в протоны и нейтроны, потом появились ядра, атомы и т.д.
Существует шесть типов (или "ароматов") кварков в восходящем по массе и "цвету" порядке. В зависимости от их комбинаций и формируются частицы, - протон, нейтрон или электрон. Помимо кварков еще существуют частицы с дробным спином. Это лептоны и фермионы. Но о них поговорим в другой раз.
|
Бозоны
Другим типом элементарных частичек являются бозоны. Это базовые "носители энергии". Для каждого типа фундаментального взаимодействия они свои: для электромагнетизма - фотоны, гравитации - гравитоны, для сильного взаимодействия - глюоны, для слабого - W и Z бозоны.
Первым шагом на пути к объяснению четырех фундаментальных взаимодействий стало объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в теории электрослабого взаимодействия, созданной в 1967 году Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом.
Если быть очень кратким, то W (от английского слова weak - "слабый") бозоны - имеют заряд, а Z (от английского слова zero - "ноль") бозоны – практически нейтральные и слабо взаимодействуют, поэтому их очень трудно засечь. Самый загадочный из них - бозон Хиггса, практическое обнаружение которого в 2012 году наделало столько шума в научном мире.
Гравитоны пока не обнаружены из-за относительной слабости волн гравитации. Согласно общей теорией относительности Эйнштейна, любое тело, имеющее массу, искажает пространство вокруг себя (как, например, предмет, который лежит на упругой мембране, своим весом продавливает в ней "лунку"). Суть гравитации в том, что другое тело попадает в эту "лунку" и "скатывается" вниз, ближе к первому. При этом, гравитация не зависит от массы.
|
Слабое взаимодействие
Считается, что именно слабая сила посредством W и Z бозонов и так называемого бета-распада является спусковым крючком для запуска самых мощных ядерных реакций, известных в существующей вселенной.
Слабая сила или слабое взаимодействие сильнее чем гравитация, но имеет эффект на значительно меньшем расстоянии. Она действует только на субатомном уровне (для частиц меньше атома) и играет критическую роль в снабжении звезд энергией для синтеза и создания элементов. Она также ответственна за естественный фон радиации во Вселенной.
Нейтрон, состоящий из трех кварков, до сегодняшнего дня считался мельчайшей стабильной структурой материи. Ученые установили, что кварки в изучаемых звездных образованиях под воздействием чудовищных сил гравитации расположены ближе друг к другу, нежели в нейтронах, создавая тем самым новую материальную субстанцию. Согласно их подсчетам, столовая ложка подобного вещества будет весить на Земле миллиард тонн. Ряд ученых также считает, что данный вид материи, имея невероятную плотность, обладает свойством "абсолютного поглощения" других материальных структур.
Здесь возникает вопрос: так ли слаба сила, которую физики назвали "слабой"?
