Элементарные частицы
Понятие «Элементарные частицы» возникло в физике в отношении самых малых структурных единиц материи. Изначально к элементарным частицам относили базовые частицы, такие как электрон, протон и нейтрон. Впоследствии их число выросло до нескольких сотен по следующим причинам.
Во-первых, на ускорителях высоких энергий было открыто немало более тяжелых частиц с малым временем жизни, в том числе, так называемые резонансы. Во-вторых, появились представления об античастицах – антиподах обычных частиц с противоположными свойствами. Также статус частиц получили волновые процессы физических полей, например, фотон или гравитон. Более того, возникла кварковая модель структуры элементарных частиц, хотя сами кварки как наиболее «элементарные» частицы экспериментально не наблюдаются. В квантовой теории поля существуют представления о так называемых «виртуальных частицах». В результате понятие элементарные частицы оказалось очень размытым – в современной физике вместо небольшого набора базовых «кирпичиков» Мирозданья этот термин применяется к огромному количеству очень разных и порой даже мистических объектов.
Полевая физика обнаруживает причины, позволяющие заметно сократить перечень «элементарных» частиц. Во-первых, понимание природы массы приводит к выводу, что «тяжелые» частицы есть ни что иное, как базовые частицы, зарегистрированные в особых условиях, в которых релятивистский расчет приписывает им большую массу покоя. Так мюон и таон оказываются обычным электроном. Подробнее об этом рассказано в статье «Мюон».
Во-вторых, динамическая концепция массы приводит к интересным результатам при энергиях локальных полей, больших энергии масс частиц. В этом случае динамические добавки к массам превышают вклад глобального поля, в результате чего знак полных масс частиц может меняться. В таких условиях частицы будет отклоняться в электромагнитных полях в иную сторону, нежели обычно, создавая иллюзию рождения античастиц с противоположными электрическими зарядами. Подробнее об этих эффектах изложено в статье «Античастицы».
Эти обстоятельства существенно сокращают спектр истинных элементарных частиц, в результате чего гипотеза кварков становится просто не нужной. Полевая физика также не считает частицами свет и не признает «виртуальные» частицы. Согласно полевой физике истинная элементарная частица в изолированном состоянии должна быть лишена всех «врожденных» свойств, и такая частица может быть только одна. Из известных сегодня частиц ближе всего к такой истинной элементарной частице находится нейтрино.
Далее согласно полевой концепции все свойства (заряд, массу, спин, энергию и т.д.) частица приобретает за счет внешних влияний – так возникают электрон, протон, нейтрон и другие частицы. Причем чем сложнее и запутаннее условия, в которых проводятся измерения, тем более странной оказываются зарегистрированные «частицы». При этом их «время жизни» оказывается все меньше – это то время, в течение которого они пребывают в этих особых условиях, превращаясь впоследствии в одну из базовых частиц.