FAQ: Стандартная модель. За пределами Стандартной модели: чего мы не знаем о Вселенной Закрытия и открытия

Стандартная модель - это современная теория строения и взаимодействий элементарных частиц, многократно проверенная экспериментально. Эта теория базируется на очень небольшом количестве постулатов и позволяет теоретически предсказывать свойства тысяч различных процессов в мире элементарных частиц. В подавляющем большинстве случаев эти предсказания подтверждаются экспериментом, иногда с исключительно высокой точностью, а те редкие случаи, когда предсказания Стандартной модели расходятся с опытом, становятся предметом жарких споров.

Стандартная модель - это та граница, которая отделяет достоверно известное от гипотетического в мире элементарных частиц. Несмотря на впечатляющий успех в описании экспериментов, Стандартная модель не может считаться окончательной теорией элементарных частиц. Физики уверены, что она должна быть частью некоторой более глубокой теории строения микромира . Что это за теория - достоверно пока неизвестно. Теоретики разработали большое число кандидатов на такую теорию, но только эксперимент должен показать, что из них отвечает реальной ситуации, сложившейся в нашей Вселенной. Именно поэтому физики настойчиво ищут любые отклонения от Стандартной модели, любые частицы, силы или эффекты, которые Стандартной моделью не предсказываются. Все эти явления ученые обобщенно называют «Новая физика»; именно поиск Новой физики и составляет главную задачу Большого адронного коллайдера .

Основные компоненты Стандартной модели

Рабочим инструментом Стандартной модели является квантовая теория поля - теория, приходящая на смену квантовой механике при скоростях, близких к скорости света. Ключевые объекты в ней не частицы, как в классической механике, и не «частицы-волны», как в квантовой механике, а квантовые поля : электронное, мюонное, электромагнитное, кварковое и т. д. - по одному для каждого сорта «сущностей микромира».

И вакуум, и то, что мы воспринимаем как отдельные частицы, и более сложные образования, которые нельзя свести к отдельным частицам, - всё это описывается как разные состояния полей. Когда физики употребляют слово «частица», они на самом деле имеют в виду именно эти состояния полей, а не отдельные точечные объекты.

Стандартная модель включает в себя следующие основные ингредиенты:

Набор фундаментальных «кирпичиков» материи - шесть сортов лептонов и шесть сортов кварков . Все эти частицы являются фермионами со спином 1/2 и очень естественным образом организуются в три поколения. Многочисленные адроны - составные частицы, участвующие в сильном взаимодействии, - составлены из кварков в разных комбинациях.
Три типа сил , действующих между фундаментальными фермионами, - электромагнитные, слабые и сильные. Слабое и электромагнитное взаимодействия являются двумя сторонами единого электрослабого взаимодействия . Сильное взаимодействие стоит отдельно, и именно оно связывает кварки в адроны.
Все эти силы описываются на основе калибровочного принципа - они не вводятся в теорию «насильно», а словно возникают сами собой в результате требования симметричности теории относительно определенных преобразований. Отдельные виды симметричности порождают сильное и электрослабое взаимодействия.
Несмотря на то что в самой теории имеется электрослабая симметрия, в нашем мире она самопроизвольно нарушается. Спонтанное нарушение электрослабой симметрии - необходимый элемент теории, и в рамках Стандартной модели нарушение происходит за счет хиггсовского механизма .
Численные значения для примерно двух десятков констант : это массы фундаментальных фермионов, численные значения констант связи взаимодействий, которые характеризуют их силу, и некоторые другие величины. Все они раз и навсегда извлекаются из сравнения с опытом и при дальнейших вычислениях уже не подгоняются.

Кроме того, Стандартная модель - перенормируемая теория, то есть все эти элементы вводятся в нее таким самосогласованным способом, который, в принципе, позволяет проводить вычисления с нужной степенью точности. Впрочем, зачастую вычисления с желаемой степенью точностью оказываются неподъемно сложными, но это проблема не самой теории, а, скорее, наших вычислительных способностей.

Что может и чего не может Стандартная модель

Стандартная модель - это, во многом, описательная теория. Она не дает ответы на многие вопросы, начинающиеся с «почему»: почему частиц именно столько и именно таких? откуда взялись именно эти взаимодействия и именно с такими свойствами? зачем природе понадобилось создавать три поколения фермионов? почему численные значения параметров именно такие? Кроме того, Стандартная модель не способна описать некоторые явления, наблюдаемые в природе. В частности, в ней нет места массам нейтрино и частицам темной материи. Стандартная модель не учитывает гравитацию и неизвестно, что с этой теорией происходит на планковском масштабе энергий, когда гравитация становится чрезвычайно важной.

Если же использовать Стандартную модель по своему назначению, для предсказания результатов столкновений элементарных частиц, то она позволяет, в зависимости от конкретного процесса, выполнять вычисления с разной степенью точности.

Для электромагнитных явлений (рассеяние электронов, энергетические уровни) точность может достигать миллионных долей и даже лучше. Рекорд тут держит аномальный магнитный момент электрона, который вычислен с точностью лучше одной миллиардной.
Многие высокоэнергетические процессы, которые протекают за счет электрослабых взаимодействий, вычисляются с точностью лучше процента.
Хуже всего поддается расчету сильное взаимодействие при не слишком высоких энергиях. Точность расчета таких процессов сильно варьируется: в одних случаях она может достигать процентов, в других случаях разные теоретические подходы могут давать ответы, различающиеся в несколько раз.

Стоит подчеркнуть, что тот факт, что некоторые процессы тяжело рассчитать с нужной точностью, не означает, что «теория плохая». Просто она очень сложная, и нынешних математических приемов пока не хватает, чтоб проследить все ее следствия. В частности, одна из знаменитых математических Задач тысячелетия касается проблемы конфайнмента в квантовой теории с неабелевым калибровочным взаимодействием.

Дополнительная литература:

Базовые сведения о хиггсовском механизме можно найти в книге Л. Б. Окуня «Физика элементарных частиц» (на уровне слов и картинок) и «Лептоны и кварки» (на серьезном, но доступном уровне).

Что за дурацкое название для самой точной научной теории из всех известных человечеству. Более четверти нобелевских премий по физике прошлого века были присуждены работам, которые либо прямо, либо косвенно были связаны со Стандартной моделью. Название у нее, конечно, такое, будто за пару сотен рублей можно купить улучшение. Любой физик-теоретик предпочел бы «удивительную теорию почти всего», каковой она, собственно, и является.

Многие помнят волнение среди ученых и в СМИ, вызванное открытием бозона Хиггса в 2012 году. Но его открытие не стало сюрпризом и не возникло из ниоткуда - оно ознаменовало собой пятидесятилетие череды побед Стандартной модели. Она включает каждую фундаментальную силу, кроме гравитации. Любая попытка опровергнуть ее и продемонстрировать в лаборатории, что ее нужно полностью переработать, - а таких было много - терпела неудачу.

Короче говоря, Стандартная модель отвечает на этот вопрос: из чего все сделано и как все держится вместе?

Мельчайшие строительные блоки

Физики любят простые вещи. Они хотят раздробить все до самой сути, найти самые базовые строительные блоки. Проделать это при наличии сотни химических элементов не так-то просто. Наши предки считали, что все состоит из пяти элементов - земли, воды, огня, воздуха и эфира. Пять намного проще ста восемнадцати. И также неверно. Вы, безусловно, знаете, что мир вокруг нас состоит из молекул, а молекулы состоят из атомов. Химик Дмитрий Менделеев выяснил это в 1860-х годах и представил атомы в таблице элементов, которую сегодня изучают в школе. Но этих химических элементов 118. Сурьма, мышьяк, алюминий, селен… и еще 114.

В 1932 году ученые знали, что все эти атомы состоит из всего трех частиц - нейтронов, протонов и электронов. Нейтроны и протоны тесно связаны друг с другом в ядре. Электроны, в тысячи раз легче их, кружат вокруг ядра на скорости, близкой к световой. Физики Планк, Бор, Шредингер, Гейзенберг и другие представили новую науку - квантовую механику - для объяснения этого движения.

На этом было бы прекрасно остановиться. Всего три частицы. Это даже проще, чем пять. Но как они держатся вместе? Отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны скрепляются вместе силами электромагнетизма. Но протоны сбиваются в ядре и их положительные заряды должны расталкивать их прочь. Не помогут даже нейтральные нейтроны.

Что связывает эти протоны и нейтроны вместе? «Божественное вмешательство»? Но даже божественному существу доставило бы проблем следить за каждым из 10 80 протонов и нейтронов во Вселенной, удерживая их силой воли.

Расширяя зоопарк частиц

Между тем природа отчаянно отказывается хранить в своем зоопарке всего три частицы. Даже четыре, потому что нам нужно учесть фотон, частицу света, описанную Эйнштейном. Четыре превратились в пять, когда Андерсон измерил электроны с положительным зарядом - позитроны - которые бьют по Земле из внешнего космоса. Пять стали шестью, когда был обнаружен пион, удерживающий ядро в целом и предсказанный Юкавой.

Затем появился мюон - в 200 раз тяжелее электрона, но в остальном его близнец. Это уже семь. Не так уж и просто.

К 1960-м годам были сотни «фундаментальных» частиц. Вместо хорошо организованной периодической таблицы были только длинные списки барионов (тяжелых частиц вроде протонов и нейтронов), мезонов (вроде пионов Юкавы) и лептонов (легких частиц, таких как электрон и неуловимые нейтрино), без какой-либо организации и принципов устройства.

И в этой пучине родилась Стандартная модель. Не было никакого озарения. Архимед не выпрыгнул из ванной с криком «Эврика!». Нет, вместо этого в середине 1960-х несколько умных людей выдвинули важные предположения, которые превратили эту трясину сперва в простую теорию, а затем в пятьдесят лет экспериментальной проверки и теоретической разработки.

Кварки. Они получили шесть вариантов, которые мы называем ароматами. Как у цветов, только не так вкусно пахнущие. Вместо роз, лилий и лаванды мы получили верхний и нижний, странный и очарованный, прелестный и истинный кварки. В 1964 году Гелл-Манн и Цвейг научили нас смешивать три кварка, чтобы получать барион. Протон – это два верхних и один нижний кварк; нейтрон – два нижних и один верхний. Возьмите один кварк и один антикварк – получите мезон. Пион – это верхний или нижний кварк, связанный с верхним или нижним антикварком. Все вещество, с которым мы имеем дело, состоит из верхних и нижних кварков, антикварков и электронов.

Простота. Хоть и не совсем простота, потому что удерживать кварки связанными нелегко. Они соединяются между собой так плотно, что вы никогда не найдете кварка или антикварка, блуждающего самого по себе. Теория этой связи и частицы, которые принимают в ней участие, а именно глюоны, называется квантовой хромодинамикой. Это важная часть Стандартной модели, математически сложная, а местами даже нерешаемая для базовой математики. Физики делают все возможное, чтобы производить вычисления, но иногда математический аппарат оказывается недостаточно разработан.

Еще один аспект Стандартной модели – «модель лептонов». Это название важнейшей статьи 1967 года, написанной Стивеном Вайнбергом, которая объединила квантовую механику с важнейшими знаниями о том, как взаимодействуют частицы, и организовала их в единую теорию. Он включил электромагнетизм, связал его со «слабой силой», которая приводит к определенным радиоактивным распадам, и объяснил, что это разные проявления одной и той же силы. В эту модель был включен механизм Хиггса, дающий массу фундаментальным частицам.

С тех пор Стандартная модель предсказывала результаты экспериментов за результатами, включая открытие нескольких разновидностей кварков и W- и Z-бозонов – тяжелых частиц, которые в слабых взаимодействиях выполняют ту же роль, что фотон в электромагнетизме. Вероятность того, что нейтрино обладают массой, упустили в 1960-х годах, но подтвердили Стандартной моделью в 1990-х годах, через несколько десятилетий.

Обнаружение бозона Хиггса в 2012 году, давно предсказанного Стандартной моделью и долгожданного, не стало, тем не менее, неожиданностью. Зато стало еще одной важной победой Стандартной модели над темными силами, которые физики частиц регулярно ждут на горизонте. Физикам не нравится, что Стандартная модель не соответствует их представлениям о простой, они обеспокоены ее математической непоследовательностью, а также ищут возможность включить гравитацию в уравнение. Очевидно, это выливается в разные теории физики, которая может быть после Стандартной модели. Так появились теории великого объединения, суперсимметрии, техноколор и теория струн.

К сожалению, теории за пределами Стандартной модели не нашли успешных экспериментальных подтверждений и серьезных брешей в Стандартной модели. Спустя пятьдесят лет именно Стандартная модель ближе всех к статусу теории всего. Удивительная теория почти всего.

В физике элементарными частицами называли физические объекты в масштабах ядра атома, которые невозможно разделить на составные части. Однако, на сегодня, ученым все же удалось расщепить некоторые из них. Структуру и свойства этих мельчайших объектов изучает физика элементарных частиц.

О наименьших частицах, составляющих всю материю, было известно еще в древности. Однако, основоположниками так званого «атомизма» принято считать философа Древней Греции Левкиппа и его более известного ученика — Демокрита. Предполагается, что второй и ввел термин «атом». С древнегреческого «atomos» переводится как «неделимый», что определяет взгляды древних философов.

Позднее стало известно, что атом все же можно разделить на два физических объекта - ядро и электрон. Последний впоследствии и стал первой элементарной частицей, когда в 1897-м году англичанин Джозеф Томсон провел эксперимент с катодными лучами и выявил, что они представляют собой поток одинаковых частиц с одинаковыми массой и зарядом.

Параллельно с работами Томсона, занимающийся исследованием рентгеновского излучения Анри Беккерель проводит опыты с ураном и открывает новый вид излучения. В 1898 году французская пара физиков - Мария и Пьер Кюри изучают различные радиоактивные вещества, обнаруживая то же самое радиоактивное излучение. Позже будет установлено, что оно состоит из альфа (2 протона и 2 нейтрона) и бета-частиц (электроны), а Беккерель и Кюри получат Нобелевскую премию. Проводя свои исследования с такими элементами как уран, радий и полоний, Мария Склодовская-Кюри не предпринимала никаких мер безопасности, в том числе не использовала даже перчатки. Как следствие в 1934 году ее настигла лейкемия. В память о достижениях великого ученого, открытый парой Кюри элемент, полоний, был назван в честь родины Марии - Polonia, с латинского - Польша.

Фотография с V Сольвеевского конгресса 1927 год. Попробуйте найди всех ученых из этой статьи на данном фото.

Начиная с 1905-го года, Альберт Эйнштейн посвящает свои публикации несовершенству волновой теории света, постулаты которой расходились с результатами экспериментов. Что впоследствии привело выдающегося физика к идее о «световом кванте» — порции света. Позже, в 1926-м году, он был назван как «фотон», в переводе с греческого «phos» («свет»), американским физиохимиком — Гилбертом Н. Льюисом.

В 1913 году Эрнест Резерфорд, британский физик, основываясь на результатах уже проведенных на то время экспериментов, отметил, что массы ядер многих химических элементов кратны массе ядра водорода. Поэтому он предположил, что ядро водорода является составляющей ядер других элементов. В своем эксперименте Резерфорд облучал альфа-частицами атом азота, который в результате излучил некую частицу, названную Эрнестом как «протон», с др. греческого «протос» (первый, основной). Позже было экспериментально подтверждено, что протон - это ядро водорода.

Очевидно, протон, не единственная составная часть ядер химических элементов. К такой мысли приводит тот факт, что два протона в ядре отталкивались бы, и атом мгновенно распадался. Поэтому Резерфорд выдвинул гипотезу о наличии еще одной частицы, которая имеет массу, равную массе протона, но является незаряженной. Некоторые опыты ученых по взаимодействию радиоактивных и более легких элементов, привели их к открытию еще одного нового излучения. В 1932-м году Джеймс Чедвик определил, что оно состоит из тех самых нейтральных частиц, которые назвал нейтронами.

Таким образом, были открыты наиболее известные частицы: фотон, электрон, протон и нейтрон.

Далее открытия новых субъядерных объектов становились все более частым событием, и на данный момент известно около 350 частиц, которые принято полагать «элементарными». Те из них, которые до сих пор не удалось расщепить, считаются бесструктурными и называются «фундаментальными».

Что такое спин?

Прежде чем переходить к дальнейшим инновациям в области физики, следует определиться с характеристиками всех частиц. К наиболее известным, не считая массы и электрического заряда, относится также и спин. Данная величина называется иначе как «собственный момент импульса» и никоим образом не связана с перемещением субъядерного объекта как целого. Ученым удалось обнаружить частицы со спином 0, ½, 1, 3/2 и 2. Чтобы представить наглядно, хоть и упрощенно, спин, как свойство объекта, рассмотрим следующий пример.

Пусть у предмета имеется спин равный 1. Тогда такой объект при повороте на 360 градусов возвратится в исходное положение. На плоскости этим предметом может быть карандаш, который после разворота на 360 градусов окажется в исходном положении. В случае с нулевым спином, при любом вращении объекта он будет выглядеть всегда одинаково, к примеру, одноцветный мячик.

Для спина ½ потребуется предмет, сохраняющий свой вид при развороте на 180 градусов. Им может быть все тот же карандаш, только симметрично наточенный с обеих сторон. Спин равный 2 потребует сохранения формы при повороте на 720 градусов, а 3/2 - 540.

Данная характеристика имеет очень большое значение для физики элементарных частиц.

Стандартная модель частиц и взаимодействий

Имея внушительный набор микрообъектов, составляющих окружающий мир, ученые решили их структурировать, так образовалась известная всем теоретическая конструкция под названием «Стандартная модель». Она описывает три взаимодействия и 61 частицу при помощи 17-ти фундаментальных, некоторые из которых были ею предсказаны задолго до открытия.

Три взаимодействия таковы:

Электромагнитное. Оно происходит между электрически заряженными частицами. В простом случае, известном со школы, — разноименно заряженные объекты притягиваются, а одноименно - отталкиваются. Происходит это посредством, так называемого переносчика электромагнитного взаимодействия - фотона.
Сильное, иначе - ядерное взаимодействие. Как ясно из названия, его действие распространяется на объекты порядка ядра атома, оно отвечает за притяжение протонов, нейтронов и прочих частиц, также состоящих из кварков. Сильное взаимодействие переносится при помощи глюонов.
Слабое. Действует на расстояниях в тысячу меньших размера ядра. В таком взаимодействии принимают участия лептоны и кварки, а также их античастицы. При этом в случае слабого взаимодействия они могут перевоплощаться друг в друга. Переносчиками являются бозоны W+, W− и Z0.

Так Стандартная модель сформировалась следующим образом. Она включает шесть кварков, из которых состоят все адроны (частицы, подверженные сильному взаимодействию):

Верхний (u);
Очарованный (c);
Истинный (t);
Нижний (d);
Странный (s);
Прелестный (b).

Видно, что эпитетов физикам не занимать. Другие 6 частиц - лептоны. Это фундаментальные частицы со спином ½, которые не принимают участие в сильном взаимодействии.

Электрон;
Электронное нейтрино;
Мюон;
Мюонное нейтрино;
Тау-лептон;
Тау-нейтрино.

А третьей группой Стандартной модели являются калибровочные бозоны, которые имеют спин равный 1 и представляются переносчиками взаимодействий:

Глюон - сильное;
Фотон - электромагнитное;
Z-бозон — слабое;
W-бозон - слабое.

К ним также относится и недавно обнаруженный , частица со спином 0, которая, упрощенно говоря, наделяет все другие субъядерные объекты инертной массой.

В результате, согласно Стандартной модели, наш мир выглядит таким образом: все вещество состоит из 6 кварков, образующих адроны, и 6 лептонов; все эти частицы могут участвовать в трех взаимодействиях, переносчиками которых являются калибровочные бозоны.

Недостатки Стандартной модели

Однако, еще до открытия бозона Хиггса - последней частицы, предсказываемой Стандартной моделью, ученые вышли за ее пределы. Ярким примером тому есть т.н. «гравитационное взаимодействие», которое сегодня находится наравне с другими. Предположительно, переносчиком его есть частица со спином 2, которая не имеет массы, и которую физикам еще не удалось обнаружить — «гравитон».

Мало того, Стандартная модель описывает 61 частицу, а на сегодняшний день человечеству известно уже более 350 частиц. Это означает, что на достигнутом работа физиков-теоретиков не окончена.

Классификация частиц

Чтобы упростить себе жизнь, физики сгруппировали все частицы в зависимости от особенностей их строения и прочих характеристик. Классификация бывает по следующим признакам:

Время жизни.
1. Стабильные. В их числе протон и антипротон, электрон и позитрон, фотон, а также гравитон. Существование стабильных частиц не ограничено временем, до тех пор, пока они находятся в свободном состоянии, т.е. не взаимодействуют с чем-либо.
2. Нестабильные. Все остальные частицы спустя некоторое время распадаются на свои составные части, потому называются нестабильными. Например, мюон живет всего лишь 2,2 микросекунды, а протон — 2,9.10*29 лет, после чего может распасться на позитрон и нейтральный пион.
Масса.
1. Безмассовые элементарные частицы, которых всего три: фотон, глюон и гравитон.
2. Массивные частицы - все остальные.
Значение спина.
1. Целый спин, в т.ч. нулевой, имеют частицы, которые называются бозоны.
2. Частицы с полуцелым спином — фермионы.
Участие во взаимодействиях.
1. Адроны (структурные частицы) - субъядерные объекты, что принимают участие во всех четырех типах взаимодействий. Ранее упоминалось, что они складываются с кварков. Адроны делятся на два подтипа: мезоны (целый спин, являются бозонами) и барионы (полуцелый спин — фермионы).
2. Фундаментальные (бесструктурные частицы). К ним относятся лептоны, кварки и калибровочные бозоны (читайте ранее - «Стандартная модель..»).

Ознакомившись с классификацией всех частиц, можно, к примеру, точно определить некоторые из них. Так нейтрон является фермионом, адроном, а точнее барионом, и нуклоном, то есть имеет полуцелый спин, состоит из кварков и участвует в 4-х взаимодействиях. Нуклон же - это общее название для протонов и нейтронов.

Интересно, что противники атомизма Демокрита, который предсказывал существование атомов, заявляли, что любое вещество в мире делится до бесконечности. В какой-то мере они могут оказаться правыми, так как ученым уже удалось разделить атом на ядро и электрон, ядро на протон и нейтрон, а их в свою очередь на кварки.
Демокрит предполагал, что атомы имеют четкую геометрическую форму, и потому «острые» атомы огня - обжигают, шершавые атомы твердых тел крепко скрепляются своими выступами, а гладкие атомы воды проскальзывают при взаимодействии, иначе - текут.
Джозеф Томсон составил собственную модель атома, который представлялся ему как положительно заряженное тело, в которое как бы «воткнуты» электроны. Его модель получила название «пудинг с изюмом» (Plum pudding model).
Кварки получили свое название благодаря американскому физику Мюррею Гелл-Манну. Ученый хотел использовать слово, похожее на звук кряканья утки (kwork). Но в романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану» встретил слово «quark», в строке «Три кварка для мистера Марка!», смысл которого точно не определен и возможно, что Джойс использовал его просто для рифмы. Мюррей решил назвать частицы этим словом, так как на то время было известно лишь три кварка.
Хотя фотоны, частицы света, являются безмассовыми, вблизи черной дыры, кажется, что они меняют свою траекторию, притягиваясь к ней при помощи гравитационного взаимодействия. На самом же деле сверхмассивное тело искривляет пространство-время, из-за чего любые частицы, в том числе и не имеющие массы, меняют свою траекторию в сторону черной дыры (см. ).
Большой адронный коллайдер именно потому «адронный», что сталкивает два направленных пучка адронов, частиц размерами порядка ядра атома, которые участвуют во всех взаимодействиях.

«Мы задаёмся вопросом, почему группа талантливых и преданных своему делу людей готова посвятит жизнь погоне за такими малюсенькими объектами, которые даже невозможно увидеть? На самом деле, в занятиях физиков элементарных частиц проявляется человеческое любопытство и желание узнать, как устроен мир, в котором мы живём» Шон Кэрролл

Если вы всё ещё боитесь фразы квантовая механика и до сих пор не знаете, что такое стандартная модель - добро пожаловать под кат. В своей публикации я попытаюсь максимально просто и наглядно объяснить азы квантового мира, а так же физики элементарных частиц. Мы попробуем разобраться, в чём основные отличия фермионов и бозонов, почему кварки имеют такие странные названия, и наконец, почему все так хотели найти Бозон Хиггса.

Из чего мы состоим?

Ну что же, наше путешествие в микромир мы начнём с незатейливого вопроса: из чего состоят окружающие нас предметы? Наш мир, как дом, состоит из множества небольших кирпичиков, которые особым образом соединяясь, создают что-то новое, не только по внешнему виду, но ещё и по своим свойствам. На деле, если сильно к ним приглядеться, то можно обнаружить, что различных видов блоков не так уж и много, просто каждый раз они соединяются друг с другом по-разному, образуя новые формы и явления. Каждый блок - это неделимая элементарная частица, о которой и пойдёт речь в моём рассказе.

Для примера, возьмём какое-нибудь вещество, пусть у нас это будет второй элемент периодической системы Менделеева, инертный газ, гелий . Как и остальные вещества во Вселенной, гелий состоит из молекул, которые в свою очередь образованы связями между атомами. Но в данном случае, для нас, гелий немного особенный, потому что он состоит всего из одного атома.

Из чего состоит атом?

Атом гелия, в свою очередь, состоит из двух нейтронов и двух протонов, составляющих атомное ядро, вокруг которого вращаются два электрона. Самое интересное, что абсолютно неделимым здесь является лишь электрон .

Интересный момент квантового мира

Чем меньше масса элементарной частицы, тем больше места она занимает. Именно по этой причине электроны, которые в 2000 раз легче протона, занимают гораздо больше места по сравнению с ядром атома.

Нейтроны и протоны относятся к группе так называемых адронов (частиц, подверженных сильному взаимодействию), а если быть ещё точнее, барионов .

Адроны можно разделить на группы
Барионов, которые состоят из трёх кварков

Мезонов, которые состоят из пары: частица-античастица

Нейтрон, как ясно из его названия, является нейтрально заряженным, и может быть поделён на два нижних кварка и один верхний кварк. Протон, положительно заряженная частица, делится на один нижний кварк и два верхних кварка.

Да, да, я не шучу, они действительно называются верхний и нижний. Казалось бы, если мы открыли верхний и нижний кварк, да ещё электрон, то сможем с их помощью описать всю Вселенную. Но это утверждение было бы очень далеко от истины.

Главная проблема - частицы должны как-то между собой взаимодействовать. Если бы мир состоял лишь из этой троицы (нейтрон, протон и электрон), то частицы бы просто летали по бескрайним просторам космоса и никогда бы не собирались в более крупные образования, вроде адронов.

Фермионы и Бозоны

Достаточно давно учёными была придумана удобная и лаконичная форма представления элементарных частиц, названная стандартной моделью. Оказывается, все элементарные частицы делятся на фермионы , из которых и состоит вся материя, и бозоны , которые переносят различные виды взаимодействий между фермионами.

Разница между этими группами очень наглядна. Дело в том, что фермионам для выживания по законам квантового мира необходимо некоторое пространство, в то время как их коллеги - бозоны могут спокойно триллионами жить прямо друг на друге.

Фермионы

Группа фермионов, как было уже сказано, создаёт видимую материю вокруг нас. Что бы мы и где не увидели, создано фермионами. Фермионы делятся на кварки , сильно взаимодействующие между собой и запертые внутри более сложных частиц вроде адронов, и лептоны , которые свободно существуют в пространстве независимо от своих собратьев.

Кварки делятся на две группы.

Верхнего типа. К кваркам верхнего типа, с зарядом +23, относят: верхний, очарованный и истинный кварки
Нижнего типа. К кваркам нижнего типа, с зарядом -13, относят: нижний, странный и прелестный кварки

Истинный и прелестный являются самыми большими кварками, а верхний и нижний - самыми маленькими. Почему кваркам дали такие необычные названия, а говоря более правильно, «ароматы», до сих пор для учёных предмет споров.

Лептоны также делятся на две группы.

Первая группа, с зарядом «-1», к ней относят: электрон, мюон (более тяжёлую частицу) и тау-частицу (самую массивную)
Вторая группа, с нейтральным зарядом, содержит: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино

Нейтрино - есть малая частица вещества, засечь которую практически невозможно. Её заряд всегда равен 0.

Возникает вопрос, не найдут ли физики ещё несколько поколений частиц, которые будут еще более массивными, по сравнению с предыдущими. На него ответить трудно, однако теоретики считают, что поколения лептонов и кварков исчерпываются тремя.

Не находите никакого сходства? И кварки, и лептоны делятся на две группы, которые отличаются друг от друга зарядом на единицу? Но об этом позже...

Бозоны

Без них бы фермионы сплошным потоком летали по вселенной. Но обмениваясь бозонами, фермионы сообщают друг другу какой-либо вид взаимодействия. Сами бозоны же с друг другом не взаимодействуют.

Взаимодействие, передаваемое бозонами, бывает:

Электромагнитным , частицы - фотоны. С помощью этих безмассовых частиц передаётся свет.
Сильным ядерным , частицы - глюоны. С их помощью кварки из ядра атома не распадаются на отдельные частицы.
Слабым ядерным , частицы - W и Z бозоны. С их помощью фермионы перекидываются массой, энергией, и могут превращаться друг в друга.
Гравитационным , частицы - гравитоны . Чрезвычайно слабая в масштабах микромира сила. Становится видимой только на сверхмассивных телах.

Оговорка о гравитационном взаимодействии.
Существование гравитонов экспериментально ещё не подтверждено. Они существуют лишь в виде теоретической версии. В стандартной модели в большинстве случаев их не рассматривают.

Вот и всё, стандартная модель собрана.

Проблемы только начались

Несмотря на очень красивое представление частиц на схеме, осталось два вопроса. Откуда частицы берут свою массу и что такое Бозон Хиггса , который выделяется из остальных бозонов.

Для того, что бы понимать идею применения бозона Хиггса, нам необходимо обратиться к квантовой теории поля. Говоря простым языком, можно утверждать, что весь мир, вся Вселенная, состоит не из мельчайших частиц, а из множества различных полей: глюонного, кваркового, электронного, электромагнитного и.т.д. Во всех этих полях постоянно возникают незначительные колебания. Но наиболее сильные из них мы воспринимаем как элементарные частицы. Да и этот тезис весьма спорный. С точки зрения корпускулярно-волнового дуализма, один и тот же объект микромира в различных ситуациях ведёт себя то как волна, то как элементарная частица, это зависит лишь от того, как физику, наблюдающему за процессом, удобнее смоделировать ситуацию.

Поле Хиггса

Оказывается, существует так называемое поле Хиггса, среднее значение которого не хочет стремиться к нулю. В результате чего, это поле старается принять некоторое постоянное ненулевое значение во всей Вселенной. Поле составляет вездесущий и постоянный фон, в результате сильных колебаний которого и появляется Бозон Хиггса.
И именно благодаря полю Хиггса, частицы наделяются массой.
Масса элементарной частицы, зависит от того, насколько сильно она взаимодействует с полем Хиггса , постоянно пролетая внутри него.
И именно из-за Бозона Хиггса, а точнее из-за его поля, стандартная модель имеет так много похожих групп частиц. Поле Хиггса вынудило сделать множество добавочных частиц, таких, например, как нейтрино.

Итоги

То, что было рассказано мною, это самые поверхностные понятие о природе стандартной модели и о том, зачем нам нужен Бозон Хиггса. Некоторые учёные до сих пор в глубине души надеются, что частица, найденная в 2012 году и похожая на Бозон Хиггса в БАКе, была просто статистической погрешностью. Ведь поле Хиггса нарушает многие красивые симметрии природы, делая расчёты физиков более запутанными.
Некоторые даже считают, что стандартная модель доживает свои последние годы из-за своего несовершенства. Но экспериментально это не доказано, и стандартная модель элементарных частиц остаётся действующим образцом гения человеческой мысли.

Бессмысленно продолжать делать то же самое и ждать других результатов.

Альберт Эйнштейн

Стандартная модель (элементарных частиц) (англ. Standard model of elementary particles ) - не соответствующая природе теоретическая конструкция, описывающая одну из компонент электромагнитных взаимодействий искусственно выделенную в электромагнитное взаимодействие, воображаемое слабое и гипотетическое сильное взаимодействия всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя гравитацию.

Сначала небольшое отступление. Полевая теория элементарных частиц, действуя в рамках НАУКИ, опирается на проверенный ФИЗИКОЙ фундамент:

Классическую электродинамику,
Квантовую механику,
Законы сохранения - фундаментальные законы физики.

В этом принципиальное отличие научного подхода, использованного полевой теорией элементарных частиц - подлинная теория должна строго действовать в рамках законов природы: в этом и заключается НАУКА.

Использовать не существующие в природе элементарные частицы, выдумывать не существующие в природе фундаментальные взаимодействия, или подменять существующие в природе взаимодействия сказочными, игнорировать законы природы, занимаясь математическими манипуляциями над ними (создавая видимость науки) - это удел СКАЗОК, выдаваемых за науку . В итоге физика скатывалась в мир математических сказок. Сказочные кварки со сказочными глюонами, сказочными гравитонами и сказками "Квантовой теории" (выдаваемые за действительность) уже проникли в учебники физики - будем обманывать детей? Сторонники честной Новой физики пытались этому противостоять, но силы были не равны. И так было до 2010 года до появления полевой теории элементарных частиц, когда борьба за возрождение ФИЗИКИ-НАУКИ перешла на уровень открытого противостояния подлинной научной теории с математическими сказками, захватившими власть в физике микромира (да и не только).

Картинка взята из мировой Википедии

Первоначально, кварковая модель адронов была предложена в 1964 году независимо Гелл-манном и Цвейгом и ограничивалась только тремя гипотетическими кварками и их античастицами. Это позволяло правильно описать спектр известных на тот момент элементарных частиц, без учета лептонов, которые не вписались в предлагаемую модель и потому признавались элементарными, наравне с кварками. Платой за это явилось введение, не существующих в природе, дробных электрических зарядов. Затем, по мере развития физики и поступления новых экспериментальных данных, кварковая модель постепенно разрасталась, трансформировалась, приспосабливаясь под новые экспериментальные данные, в итоге превратившись в Стандартную модель. - Интересно, что четырьмя годами позднее, в 1968 году я начал работать над идеей, которая в 2010 году дала человечеству Полевую теорию элементарных частиц , а в 2015 году - Теорию гравитации элементарных частиц , отправив в архив истории развития физики многие математические сказки физики второй половины двадцатого века, в том числе и эту.

1 Основные положения Стандартной модели элементарных частиц

Предполагается, что всё вещество состоит из 12 фундаментальных частиц-фермионов: 6 лептонов (электрон, мюон, тау-лептон, электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино) и 6 кварков (u, d, s, c, b, t).

Утверждается, что кварки участвуют в сильном, слабом и электромагнитном (с понимании квантовой теории) взаимодействиях; заряжённые лептоны (электрон, мюон, тау-лептон) - в слабом и электромагнитном; нейтрино - только в слабом взаимодействии.

Постулируется, что все три типа взаимодействий возникают как следствие того, что наш мир симметричен относительно трёх типов калибровочных преобразований.

Утверждается, что частицами-переносчиками взаимодействий, вводимых моделью, являются:

8 глюонов для гипотетического сильного взаимодействия (группа симметрии SU(3));
3 тяжёлых калибровочных бозона (W ± -бозоны, Z 0 -бозон) для гипотетического слабого взаимодействия (группа симметрии SU(2));
1 фотон для электромагнитного взаимодействия (группа симметрии U(1)).

Утверждается, что гипотетическое слабое взаимодействие может смешивать фермионы из разных поколений, что это приводит к нестабильности всех частиц, за исключением легчайших, а также к таким эффектам, как нарушение CP-инвариантности и гипотетические нейтринные осцилляции.

2 Стандартная модель и фундаментальные взаимодействия

Реально в природе существуют следующие типы фундаментальных взаимодействий, как и соответствующие им физические поля:

Наличие в природе иных реально существующих фундаментальных физических полей, кроме конечно сказочных полей (полей квантовой "теории": глюонное, поле Хиггса и ан.), физика не установила (зато в математике их может быть сколько угодно). Существование в природе гипотетического сильного и гипотетического слабого взаимодействия постулированного квантовой теорией - не доказано , и обосновано только желаниями Стандартной модели. Эти гипотетические взаимодействия являются всего лишь предположениями. - В природе имеются ядерные силы, которые сводятся к (реально существующим в природе) электромагнитным взаимодействиям нуклонов в атомных ядрах, ну а нестабильность элементарных частиц определяется наличием каналов распада и отсутствием запрета со стороны законов природы, а со сказочным слабым взаимодействием никак не связана.

Не доказано существование в природе ключевых элементов Стандартной модели: кварков и глюонов . То, что в экспериментах интерпретируется некоторыми физиками как следы кварков - допускает и иные альтернативные толкования. Природа так устроена, что число гипотетических кварков совпало с числом стоячих волн переменного электромагнитного поля внутри элементарных частиц. - Но в природе нет дробного электрического заряда, равного заряду гипотетических кварков. Даже величина дипольного электрического заряда, не совпадает с величиной воображаемого электрического заряда вымышленных кварков. А как понимаете, без кварков Стандартная модель существовать не может .

Из того, что в 1968 году в экспериментах по глубоко неупругому рассеянию на Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC) подтвердили, что протоны имеют внутреннюю структуру, и состоят из трех объектов (двух u- и одного d-кварка - а вот это НЕ доказано ), которые впоследствии, Ричард Фейнман назвал партонами в рамках его партонной модели (1969 г.), можно сделать еще один вывод - в экспериментах наблюдались стоячие волны волнового переменного электромагнитного поля, число пучностей которых как раз и совпадает с числом сказочных кварков (партонов). А хвастливое заявление мировой Википедии, что «вся совокупность нынешних экспериментальных фактов не подвергает сомнению справедливость модели» является лживым .

3 Стандартная модель и калибровочные бозоны

Существование калибровочных бозонов в природе не доказано - это всего лишь предположения квантовой теории. (W ± -бозоны, Z 0 -бозон) являются обыкновенными векторными мезонами такими же, как D-мезоны.
Квантовой теории потребовались переносчики постулированных ей взаимодействий. Но поскольку таковых в природе не оказалось - были взяты наиболее подходящие из бозонов и приписана способность быть переносчиками требуемого гипотетического взаимодействия.

4 Стандартная модель и глюоны

Дело в том, что с гипотетическими глюонами у Стандартной модели получился конфуз.

Вспомним, что такое глюон - это гипотетические элементарные частицы, отвечающие за взаимодействия гипотетических кварков. Говоря математическим языком, глюонами называют векторные калибровочные бозоны, отвечающие за гипотетическое сильное цветовое взаимодействие между гипотетическими кварками в квантовой хромодинамике. При этом гипотетические глюоны, как предполагается, сами несут цветовой заряд и таким образом являются не просто переносчиками гипотетического сильных взаимодействий, но и сами участвуют в них. Гипотетический глюон является квантом векторного поля в квантовой хромодинамике, не имеет массы покоя и обладает единичным спином (как фотон). Кроме того гипотетический глюон является античастицей самому себе.

Итак, утверждается, что глюон обладает единичным спином (как фотон) и является античастицей самому себе. - Так вот: согласно Квантовой механики и Классической электродинамики (и Полевой теории элементарных частиц, умудрившейся заставить их работать сообща на общий результат), определивших спектр элементарных частиц в природе - обладать единичным спином (как фотон) и быть античастицей самой себе может только одна элементарная частица в природе - фотон , но она уже занята электромагнитными взаимодействиями. Все остальные элементарные частицы с единичным спином это векторные мезоны и их возбужденные состояния, но это совсем другие элементарные частицы, каждая из которых обладает собственной античастицей.

А если вспомнить, что у всех векторных мезонов отличная от нуля величина массы покоя (следствие ненулевой величины квантового числа L полевой теории), то ни один из векторных мезонов (частиц с целым спином) в качестве сказочного глюона никак не подойдет. Ну а элементарных частиц с единичным спином больше в природе НЕТ. В природе могут существовать сложные системы, состоящие из четного числа лептонов, или барионов! Но время жизни таких образований из элементарных частиц будет значительно меньше времени жизни сказочного бозона Хиггса - а точнее векторного мезона. Поэтому гипотетические глюоны не могут быть найдены в природе, сколько бы их не искали и сколько миллиардов Евро или долларов на поиски сказочных частиц не потратили. А если где-то прозвучит утверждение об их обнаружении - это будет НЕ соответствовать действительности.

Следовательно, в природе нет места для глюонов . Создав сказку о сильном взаимодействии, взамен реально существующих в природе ядерных сил, по аналогии с электромагнитным взаимодействием, "Квантовая теория" и "Стандартная модель", будучи уверенными в своей непогрешимости, сами загнали себя в ТУПИК. - Так может, пора остановиться, и перестать верить математическим СКАЗКАМ.

5 Стандартная модель и закон сохранения энергии

Осуществление взаимодействий элементарных частиц путем обмена виртуальными частицами напрямую нарушает закон сохранения энергии и всякие математические манипуляции над законами природы в науке недопустимы. Природа и виртуальный мир математики - это два разных мира: реально существующий и вымышленный - мир математических сказок.

Глюоны - гипотетические переносчики гипотетического сильного взаимодействия гипотетических кварков, обладающие сказочной способностью создавать новые глюоны из ничего (из вакуума) (см. статью конфайнмент), открыто игнорируют закон сохранения энергии.

Таким образом, стандартная модель противоречит закону сохранения энергии .

6 Стандартная модель и электромагнетизм.

Стандартная модель, сама того не желая, вынуждена была признать наличие у элементарных частиц постоянных дипольных электрических полей, о существовании которых утверждает Полевая теория элементарных частиц. Утверждая, что элементарные частицы состоят из гипотетических кварков, являющихся (по мнению Стандартной модели) носителями электрического заряда, Стандартная модель тем самым признала наличие внутри протона кроме области с положительным электрическим зарядом еще и области с отрицательным электрическим зарядим, и наличие пары областей с разноименными электрическими зарядами и у электрически «нейтрального» нейтрона. Что удивительно, величины электрических зарядов данных областей почти совпали с величинами электрических зарядов, вытекающих из полевой теории элементарных частиц.

Так Стандартной модели удалось неплохо описать внутренние электрические заряды нейтральных и положительно заряженных барионов, а вот с отрицательно заряженными барионами вышла осечка. Поскольку заряд отрицательно заряженных гипотетических кварков равен –e/3, то для получения суммарного заряда –e потребуется три отрицательно заряженных кварка, а дипольное электрическое поле, аналогичное электрическому полю протона, не получится. Конечно, можно было бы воспользоваться анти-кварками, но тогда вместо бариона получится анти-барион. Так что «успех» Стандартной модели в описании электрических полей барионов ограничился только нейтральными и положительно заряженными барионами.

Если посмотреть гипотетическую кварковую структуру мезонов с нулевым спином, то электрические дипольные поля получаются только у нейтральных мезонов, а у заряженных мезонов из двух гипотетических кварков электрическое дипольное поле не создать – заряды НЕ позволяют. Так что при описании электрических полей мезонов с нулевым спином, у Стандартной модели получились только электрические поля нейтральных мезонов. Здесь также, величины электрических зарядов дипольных областей почти совпали с величинами электрических зарядов, вытекающих из полевой теории элементарных частиц.

Но есть еще одна группировка элементарных частиц под названием векторные мезоны – это мезоны с единичным спином, у которых каждая частица обязательно имеет свою античастицу. Экспериментаторы уже начали их открывать в природе, но Стандартная модель, чтобы не разбираться с их строением, предпочитает навесить на некоторые из них ярлыки переносчиков выдуманных ей взаимодействий (спин равен единице – то, что надо). Здесь у Стандартной модели получились только электрические поля нейтральных мезонов, поскольку число кварков не изменилось (у них просто повернули спины, чтобы они не вычитались, а складывались).
Подведем промежуточный итог. Успех Стандартной модели в описании структуры электрических полей элементарных частиц оказался половинчатым. Оно и понятно: подгонка в одном месте вылезала расхождением в другом месте.

Теперь относительно величин масс гипотетических кварков. Если сложить величины масс гипотетических кварков в мезонах или в барионах, мы получим небольшой процент от величины массы покоя элементарной частицы. Следовательно, даже в рамках Стандартной модели, внутри элементарных частиц имеется масса не кварковой природы, значительно превышающая суммарную величину масс всех ее гипотетических кварков. Поэтому, утверждение Стандартной модели, что элементарные частицы состоят из кварков, НЕ соответствует действительности . Внутри элементарных частиц имеются более мощные факторы, чем гипотетические кварки, создающие основную величину гравитационной и инертной массы элементарных частиц. Полевая теория элементарных частиц совместно с Теорией гравитации элементарных частиц установили, что за всем этим стоит волновое поляризованное переменное электромагнитное поле, создающие волновые свойства элементарных частиц, определяющее их статистическое поведение и, конечно же, Квантовая механика.

Еще один момент. Почему у связанной системы из двух частиц (кварков) с полуцелым спином, спины частиц обязательно должны быть антипараллельными (потребность в этом Стандартной модели, чтобы получился спин мезонов - это еще не закон природы). Спины взаимодействующих частиц могут быть и параллельными, а тогда получится дубликат мезона, но уже с единичным спином и несколько отличной по величине массой покоя, чего природа естественно создавать не стала - ей нет никакого дела до потребности Стандартной модели с ее сказками. Физика знает взаимодействие, со спин-ориентированной зависимостью - это взаимодействия магнитных полей, таких нелюбимых квантовой "теорией". Значит, если гипотетические кварки существуют в природе, то их взаимодействия магнитные (сказочных глюонов я естественно не вспоминаю) - эти взаимодействия создают силы притяжения, для частиц с антипараллельными магнитными моментами (а значит и антипараллельными спинами, если вектора магнитного момента и спина параллельны) и не позволяют создать связанное состояние пары частиц с параллельными магнитными моментами (параллельной ориентацией спинов), поскольку тогда силы притяжения превращаются в такие же силы отталкивания. Но если энергия связи пары магнитных моментов составляет некоторую величину (0,51 МэВ у π ± и 0,35 МэВ у π 0), то в самих магнитных полях частиц сосредоточено энергии (приблизительно) на порядок больше, а значит и соответствующей ей массы - электромагнитной массы постоянного магнитного поля.

Допустив наличие дипольных электрических полей у элементарных частиц, Стандартная модель забыла про магнитные поля элементарных частиц, существование которых доказано экспериментально, а величины магнитных моментов элементарных частиц измерены с высокой степенью точности.

Нестыковки Стандартной модели с магнетизмом хорошо видны на примере пи-мезонов. Итак, у гипотетических кварков имеются электрические заряды, значит у них имеется и постоянное электрическое поле, а еще у них имеется и постоянное магнитное поле. Согласно законам Классической электродинамики, которую пока еще НЕ отменили, эти поля обладают внутренней энергией, а значит и соответствующей этой энергии массой. Так суммарная магнитная масса постоянных магнитных полей пары гипотетических кварков заряженных π ± -мезонов составляет 5,1 МэВ (из 7,6 МэВ), а у π 0 -мезонов 3,5 МэВ (из 4 МэВ). Добавим к этой массе электрическую массу постоянных электрических полей элементарных частиц, она ведь тоже отлична от нуля. По мере уменьшения линейных размеров зарядов энергия этих полей постоянно возрастает, и очень быстро наступает момент, когда все 100% внутренней энергии гипотетического кварка сосредотачиваются в его постоянных электромагнитных полях. Тогда, что остается самому кварку - ответ: НИЧЕГО, что и утверждает Полевая теория элементарных частиц. И превращаются якобы наблюдаемые "следы гипотетических кварков" в следы стоячих волн переменного электромагнитного поля, чем они в действительности и являются. Но есть одна особенность: стоячие волны волнового переменного электромагнитного поля, то, что Стандартная модель выдает в качестве "Кварков", не могут создавать постоянные электрические и магнитные поля, которые есть у элементарных частиц). Вот мы и приходим к выводу, что кварков в природе НЕТ, а элементарные частицы состоят из волнового поляризованного переменного электромагнитного поля, а также связанных с ним постоянных электрических и магнитных дипольных полей , что и утверждает Полевая теория элементарных частиц.

С величинами массы, Стандартная модель установила наличие у всех пи-мезонов остаточной внутренней энергии, которая согласуется с данными Полевой теории элементарных частиц о содержавшемся внутри элементарных частиц волновом переменном электромагнитном поле. Но если более (95-97)% внутренней энергии элементарных частиц имеет не кварковую природу и сосредоточено в волновом переменном электромагнитном поле, а из остальных (3-5)%, приписываемых гипотетическим кваркам, (80-90)% сосредоточено в постоянных электрических и магнитных полях элементарных частиц, то голословное утверждение о том, что эти элементарные частицы состоят из не найденных в природе кварков - выглядит СМЕХОТВОРНЫМ, даже в рамках самой Стандартной модели .

Кварковый состав протона у Стандартной модели получился еще более плачевным. Суммарная величина массы 2-х u-кварков и одного d-кварка составляет 8,81 МэВ, что составляет менее 1 процента величины массы покоя протона (938,2720 МэВ). То есть, в протоне на 99 процентов есть то, что создает его основную гравитационную и инертную массу вместе с его ядерными силами и это НЕ связано с кварками, но нам, с упорством достойным лучшего применения, продолжают рассказывать псевдонаучную сказку о том, что протон якобы состоит из кварков, которых в природе так и не удалось найти, несмотря на все затраченные усилия и финансовые средства и хотят, чтобы мы поверили этому НАДУВАТЕЛЬСТВУ. - Математика способна сочинить любую СКАЗКУ и выдавать ее за "высшее" достижение "науки". Ну а если воспользоваться наукой, то согласно расчетам полей протона с помощью полевой теории, в его постоянном электрическом поле содержится энергия 3,25 МэВ, а остальная энергия для массы гипотетических кварков позаимствована у значительно более мощного постоянного магнитного поля протона, создающего его ядерные силы.

7 Стандартная модель и полевая теория элементарных частиц

Полевая теория элементарных частиц отрицает существование не обнаруженных в природе кварков и глюонов, отрицает существование гипотетических сильного и слабого взаимодействий (постулированных квантовой теорией) и соответствие унитарной симметрии действительности.
Тау-лептон является возбужденным состоянием мюона, а его нейтрино - возбужденным состоянием мюонного нейтрино.
(W ± -бозоны, Z 0 -бозон) являются обыкновенными векторными мезонами и не являются переносчиками взаимодействий связанных с игнорированием закона сохранения энергии равно как и других законов природы.
Фотон существует в природе только в реальном состоянии. Виртуальное состояние элементарных частиц - это математические манипуляции над законами природы.
Ядерные силы, в основном, сводятся к взаимодействиям магнитных полей нуклонов в ближней зоне.
В основе причин распада нестабильных элементарных частиц лежат наличие каналов распада и законы природы. Элементарная частица также как и атом или его ядро стремится в состояние с наименьшей энергией - только возможности у нее другие.
В основе так называемых "нейтринных осцилляций" , а точнее реакций, лежит разность их масс покоя, ведущая к распаду более тяжелого - мюонного нейтрино. Вообще, сказочное превращение одной элементарной частицы в другую противоречит законам электромагнетизма и закону сохранения энергии. - Разные виды нейтрино обладают разными наборами квантовых чисел, в следствии чего их электромагнитные поля различаются, они обладают различной величиной полной внутренней энергии, и соответственно, разной величиной массы покоя. К сожалению, математическое манипуляции над законами природы стали нормой поведения для сказочных теорий и моделей физики 20 века.

8 Частицы в физике глазами мировой Википедии начала 2017 года

Вот так выглядят Частицы в физике с точки зрения мировой Википедии:

На эту картинку, выдаваемую за действительность, я наложил пару цветов, поскольку она нуждается в дополнениях. Зеленым цветом выделено то - что соответствует действительности. Оказалось немного, но это ВСЕ, что нашлось достоверного. Более светлым цветом выделено то, что также есть в природе, но нам пытаются вдуть в качестве другого. Ну а все бесцветные творения - это из мира СКАЗОК. А теперь сами дополнения:

То, что кварков в природе НЕТ - не желают знать сторонники самой Стандартной модели, подсовывая нам все новые СКАЗКИ в "обоснование" невидимости кварков в экспериментах.
Из основных состояний Лептонов, согласно Полевой теории элементарных частиц, в природе существуют только электрон с мюоном с соответствующими нейтрино и античастицами. Величина спина у тау-лептона, равная 1/2, еще не означает принадлежность этой частицы к основным состояниям лептонов - у них просто совпали спины. Ну а число возбужденных состояний у каждой элементарной частицы равно бесконечности - следствие Полевой теории элементарных частиц. Экспериментаторы уже начали их открывать и обнаружили множество возбужденных состояний других элементарных частиц, кроме тау-лептона, вот только они еще этого сами не поняли. Ну а то, что для некоторых, Полевая теория элементарных частиц как кость в горле - потерпят, а еще лучше если переучатся.
Калибровочных бозонов в природе НЕТ - в природе есть просто элементарные частицы с единичным спином: это фотон и векторные мезоны (которые любят выдавать за переносчиков сказочных взаимодействий, например, "слабое" взаимодействие) с их возбужденными состояниями, а также первое возбужденное состояние мезонов.
Сказочные бозоны Хиггса противоречат Теории гравитации элементарных частиц. Нам под видом бозона Хиггса пытаются вдуть векторный мезон.
Фундаментальные частицы в природе НЕ существуют - в природе существуют просто элементарные частицы.
Суперпартнеры также из мира СКАЗОК, как и другие гипотетические фундаментальные частицы. Сегодня нельзя слепо верить сказкам, независимо от фамилии автора. Выдумать можно любую частицу: "магнитный монополь" Дирака, планковскую частицу, партон, разные виды кварков, духи, "стерильные" частицы, гравитон (гравитино) ... - вот только доказательств НУЛЬ. - Не стоит обращать внимание на всякий псевдонаучный муляж, выдаваемый за достижение науки.
Составные частицы в природе есть, но это не барионы, гепероны и мезоны. - Это атомы, атомные ядра, ионы и молекулы барионного вещества, а также соединения электронных нейтрино, в гигантских количествах выбрасываемых звездами.
Согласно полевой теории элементарных частиц, в природе должны существовать группировки барионов с различными величинами полуцелого спина: 1/2, 3/2, 5/2, 7/2, ... .Пожелаю успеха экспериментаторам в обнаружении барионов с большими спинами.
Мезоны делятся на простые (с нулевым спином) с их возбужденными состояниями (исторически называемые резонансами), так и на векторные (с целым спином). Векторные мезоны физика уже начала открывать в природе, несмотря на отсутствие к ним заметного интереса у экспериментаторов.
Короткоживущие искусственно созданные экзотические атомы, в которых электрон подменили другой, более массивной элементарной частицей - это из мира "физики развлекаются". А в мегамире им нет места.
Экзотических адронов в природе нет, поскольку в природе НЕТ сильного взаимодействия (а есть просто ядерные силы, и это разные понятия), а следовательно, в природе нет и адронов, в том числе и экзотических.

Выдумать можно любую частицу в качестве подпорки для псевдо-теории, а потом выдавать за триумф "науки", вот только природе нет до этого никакого дела.

Сегодня хорошо видно, что доверять информации про элементарные частицы, находящейся в мировой Википедии НЕЛЬЗЯ . К действительно достоверной экспериментальной информации там добавили голословные утверждения абстрактных теоретических построений, выдающих себя за высшие достижения науки, а в действительности обыкновенных математических СКАЗОК. Мировая Википедия погорела на слепом доверии к информации издательств, зарабатывающих на науке, принимающих к публикации статьи за деньги авторов - вот и публикуются те, у кого есть деньги, вместо тех, у кого есть идеи, развивающие НАУКУ. Вот что получается, когда в мировой Википедии отодвигают в сторону ученых, а содержимое статей контролируют НЕ специалисты. Сторонники математических сказок, борьбу с их догмами презрительно называют "альтернативщиной", забывая что в начале 20 века, сама физика микромира возникла как альтернатива, господствующим тогда заблуждениям. Изучая микромир, физика нашла много нового, но вместе с подлинными экспериментальными данными в физику хлынул и поток абстрактных теоретических построений, изучающих что-то свое и выдающих себя за высшее достижение науки. Возможно в созданном данными теоретическими построениями виртуальном мире и работают выдуманные ими "законы природы", но физика изучает саму природу и ее законы, а математики могут развлекаться, сколько хотят. Сегодня физика 21 века просто пытается очиститься от заблуждений и надувательства 20 века .

9 Стандартная модель и подгонка под действительность

Сторонники теории струн, сравнивая ее со Стандартной моделью и агитируя за теорию струн, заявляют, что у Стандартной модели есть 19 свободных параметров, для подгонки под экспериментальные данные.

Они кое-что упускают. Когда Стандартная модель еще называлась кварковой моделью, ей хватало всего 3-х кварков. Но по мере развития, Стандартной модели потребовалось увеличить число кварков до 6-ти (нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный, истинный), а каждый гипотетический кварк еще и наделить тремя цветами (r, g, b) – получаем 6*3=18 гипотетических частиц. К ним еще понадобилось добавить 8 глюонов, которых пришлось наделить уникальной способностью, под названием "конфайнмент". 18 сказочных кварков плюс 8 сказочных глюонов, для которых также не нашлось места в природе - это уже 26 вымышленных объектов, кроме 19 свободных параметров подгонки. – Модель разрасталась новыми вымышленными элементами, для подгонки под новые экспериментальные данные. Но введения цветов у сказочных кварков оказалось мало и некоторые уже заговорили о сложном строении кварков.

Трансформация модели кварков в Стандартную модель - это процесс подгонки под действительность, в целях избегания от неизбежного краха, ведущий к непомерному разрастанию Лагранжиана:

И как бы Стандартную модель не наращивали новыми "способностями" она от этого не станет научной - фундамент фальшивый .

10 Физика 21 века: Стандартная модель - итог

Стандартная модель (элементарных частиц) - это всего лишь гипотетическая конструкция, плохо соотносящаяся с действительностью, как бы ее не подгоняли:

Симметричность нашего мира относительно трёх типов калибровочных преобразований не доказана;
Кварки в природе не обнаружены ни при каких энергиях - кварков в природе НЕТ ;
Глюоны в природе вообще не могут существовать ;
Существование слабого взаимодействия в природе не доказано, и оно природе не нужно;
Сильное взаимодействие было выдумано взамен ядерных сил (действительно существующих в природе);
Виртуальные частицы противоречат закону сохранения энергии - фундаментальному закону природы;
Существование калибровочных бозонов в природе не доказано - в природе имеются просто бозоны.

Надеюсь, хорошо видно: на каком фундаменте построена Стандартная модель.

Не найдено, не доказано и т.п. это не значит пока не найдено и пока не доказано - это значит, нет никаких доказательств существования в природе ключевых элементов Стандартной модели. Таким образом, Стандартная модель базируется на фальшивом фундаменте, не соответствующем природе. Следовательно, Стандартная модель - является заблуждением в физике . Сторонники Стандартной модели хотят, чтобы люди продолжали верить сказкам Стандартной модели, иначе им придется переучиваться. Критику Стандартной модели они просто игнорируют, выдавая свое мнение - за решение науки. Но когда заблуждения в физике продолжают тиражироваться, несмотря на доказанную наукой их несостоятельность - заблуждения в физике превращаются в НАДУВАТЕЛЬСТВО в физике.

К заблуждениям в физике можно отнести и главного покровителя Стандартной модели - сборник математических бездоказательных предположений (попросту говоря - сборник математических СКАЗОК, или по Эйнштейну: "состряпанный из бессвязных обрывков мыслей набор бредовых идей ") под названием "Квантовая теория", не желающая считаться с фундаментальным законом природы - законом сохранения энергии. Пока квантовая теория будет продолжать выборочно учитывать законы природы и заниматься математическими манипуляциями, ее достижения трудно будет отнести к научным. Научная теория должна строго действовать в рамках законов природы, либо доказать неверность таковых. Иначе это будет за гранью науки.

В свое время Стандартная модель сыграла определенную положительную роль в накоплении экспериментальных данных о микромире - но это время завершилось. Ну а поскольку экспериментальные данные получались и продолжают получаются с помощью Стандартной модели - возникает вопрос об их достоверности. Кварковый состав открытых элементарных частиц не имеет ничего общего с действительностью. - Следовательно, экспериментальные данные, полученные с помощью Стандартной модели, нуждаются в дополнительной проверке, вне рамок модели.

В двадцатом веке на Стандартную модель возлагались большие надежды, она выдавалась за высшее достижение науки, но двадцатый век завершился, а вместе с ним и закончилось время господства в физике очередной математической сказки, построенной на фальшивом фундаменте, под названием: "Стандартная модель элементарных частиц". Сегодня ошибочность Стандартной модели НЕ замечает тот, кто НЕ желает это замечать.

Владимир Горунович