Атомизмът, тоест доктрината за съществуването на най-малките неделими частици, съставляващи материя, е възникнала много преди учените да успеят да проверят нейните разпоредби чрез експеримент. Когато обаче го направиха, се оказа, че микрокосмосът е изпълнен не само с атоми, но и с още по-малки частици, които демонстрират невероятни свойства.
Г-н Любин микрокосмос
Концепцията за "атом" беше върната за научна употреба от Джон Далтън, учител от Манчестър, който създаде убедителна теория за химичното взаимодействие в началото на 19 век. Той стигна до извода, че в природата има прости вещества, които той нарече "елементи" и всяка е съставена от атоми, характерни само за него. Далтън също така въведе концепцията за атомно тегло, която позволи елементите да бъдат подредени в рамките на известната Периодична таблица, предложена от Дмитрий Менделеев през март 1869 г.
Фактът, че в допълнение към атомите има и някои други частици, учените започнали да гадаят при изучаване на електрически явления. През 1891 г. ирландският физик Джордж Стоуни предложи да се нарече хипотетична заредена частица електрон. След 6 години англичанинът Джоузеф Томсън установил, че електронът е много по-лек от атома на най-лекия елемент (водород), всъщност открил първата от основните частици.
През 1911 г. Ернест Ръдърфорд въз основа на експериментални данни предлага планетарен модел на атома, според който в центъра му е разположено плътно и положително заредено ядро, около което се въртят отрицателно заредени електрони. Субатомната частица с положителен заряд, от която са съставени ядра, беше наречена протон.
Скоро друго изненадващо откритие очаква физиците: броят на протоните в един атом е равен на броя на елемент в периодичната таблица. Тогава възникна хипотеза, че в състава на атомните ядра има някои други частици. През 1921 г. американският химик Уилям Харкинс предложи да ги нарече неутрони, но бяха нужни още 10 години, за да се запишат и опишат неутронното лъчение, откриването на които, както знаем, е от ключово значение за развитието на ядрената енергия.
Промоционално видео:
Фантоми от Антисветите
В началото на 30-те години на миналия век физиците познават четири основни частици: фотон, електрон, протон и неутрон. Изглеждаше, че са достатъчни, за да опишат микрокосмоса.
Ситуацията се промени драстично, когато Пол Дирак доказа теоретичната възможност за съществуването на антиелектрони. Ако се сблъскат електрон и антиелектрон, тогава анигилацията ще се случи с освобождаването на фотон с висока енергия. В началото Дирак вярваше, че протонът е антиелектронът, но колегите му се подиграват с идеята му, защото тогава всички атоми в света мигновено ще унищожат. През септември 1931 г. ученият предположи, че трябва да има специална частица (по-късно наречена позитрон), която се ражда от вакуум при сблъскване на твърди гама лъчи. Скоро стана ясно, че учените са регистрирали такава частица по-рано, но не могат да дадат на нейните прояви разумна основа. Откриването на позитрона подсказва, че протонът и неутронът трябва да имат едни и същи аналози.
Руският физик Владимир Рожански отиде още по-далеч, публикувайки през 1940 г. статия, в която твърди, че някои тела в Слънчевата система (например метеорити, комети и астероиди) са съставени от антиматерия. Образованата общественост, на първо място писатели на научна фантастика, се зае с идеята, вярвайки във физическата реалност на анти-света, който съществува някъде наблизо.
Процесът на изкуствено получаване на античастици се оказа доста трудоемък: за това беше необходимо да се изгради специален ускорител "Bevatron". Антипротоните и антинейтроните са открити върху него в средата на 50-те години. Оттогава, въпреки нарастващите разходи за труд, беше възможно да се получат само незначителни количества антиматерия, така че търсенето на естествените му „находища“продължава.
Надеждата на привържениците на хипотезата на Рожански се подхранва от регистрираното несъответствие (с коефициент 100!) Между теоретично предвидената и реалната интензивност на антипротонните потоци в космическите лъчи. Това несъответствие може да се обясни, наред с други неща, с помощта на предположението, че някъде извън нашата Галактика (или дори метагалаксията) наистина има огромен регион, състоящ се от антиматерия.
Неуловима частица
През 1900 г. физиците установяват, че бета лъчите, произведени от радиоактивно разпад, всъщност са електрони.
В хода на допълнителни наблюдения се оказа, че енергията на излъчените електрони се оказва различна, което очевидно нарушава закона за запазване на енергията. Никакви теоретични и практически трикове не помогнаха да се обясни какво се случва и през 1930 г. Нилс Бор, патриархът на квантовата физика, призова за изоставяне на този закон във връзка с микровния свят.
Изход е намерен от швейцареца Волфганг Паули: той предполага, че по време на разпадането на атомните ядра се освобождава друга субатомна частица, която той нарича неутрон и която не може да бъде открита от наличните инструменти. Тъй като точно по това време най-накрая беше открит предварително прогнозираният неутрон, беше решено да се нарече хипотетичната частица Паули неутрино (по-късно се оказа, че по време на бета разпад не се ражда неутрино, а антинейтрино).
Въпреки че първоначално идеята за неутрино е приета със скептицизъм, с течение на времето тя превзема умовете. В този случай възникна нов проблем: частицата е толкова малка и има толкова незначителна маса, че е практически невъзможно да се поправи дори при преминаване през най-гъстите вещества. И въпреки това изследователите не се отказаха: когато се появиха ядрени реактори, те успяха да бъдат използвани като генератори на мощен неутрино поток, което доведе до откриването му през 1956 г.
Частиците „призрак“се научиха да регистрират и дори изградиха огромна неутрино обсерватория „Леден куб“в Антарктида, но самите те до голяма степен остават загадка. Например, съществува хипотеза, че антинейтрино взаимодействат с материята като обикновено неутрино. Ако хипотезата бъде потвърдена чрез експеримент, ще стане ясно защо по време на формирането на Вселената е възникнала глобална асиметрия и днес има много повече материя от антиматерията.
Учените се свързват с по-нататъшното изследване на неутрино, получавайки отговори за възможността за движение със свръхсветна скорост, за природата на "тъмната материя", за условията на ранната Вселена. Но, може би най-важното е, че наскоро доказаното присъствие на маса в неутрино унищожава Стандартния модел, влизайки в основите на съвременната физика.
Извън стандартния модел
Проучването на космическите лъчи и изграждането на мощни ускорители допринесоха за откриването на десетки неизвестни досега частици, за които трябваше да се въведе допълнителна класификация. Например, днес всички субатомни частици, които не могат да бъдат разделени на техните съставни части, се наричат елементарни и само тези, за които се счита, че нямат вътрешна структура (електрони, неутрино и др.), Се наричат фундаментални.
В началото на 60-те години Стандартният модел започва да се оформя - теория, която отчита всички известни взаимодействия между частици и сила, с изключение на гравитацията. Текущата версия описва 61 елементарни частици, включително легендарния бозон на Хигс. Успехът на Стандартния модел е, че той предсказва свойствата на частиците, които все още не са открити, като по този начин ги улеснява в намирането им. И все пак има причини да се говори, ако не за преразглеждане, то за разширяване на модела. Точно това правят привържениците на Новата физика, което е призвано да разреши натрупаните теоретични проблеми.
Излизането извън стандартния модел ще бъде придружено от откриването на нови елементарни частици, които все още са хипотетични. Може би учените ще открият тахиони (движещи се със свръх осветена скорост), гравитони (пренасящи гравитационно взаимодействие) и вимпа (съставляващи "тъмна" материя). Но е също толкова вероятно те да се натъкнат на нещо още по-фантастично. Но дори и тогава няма да има гаранция, че сме познали микрокосмоса като цяло.
Антон Первушин