объясняет почти всё в физике элементарных частиц. Предъявляя веские доказательства, сторонники этой модели настаивают, что атомы состоят из 16 истинно фундаментальных частиц. Шесть из них – кварки, имеющие совершенно дикие названия: нижний/верхний, странный/очарованный, прелестный/истинный. Нейтрон состоит из одного «верхнего» кварка и двух «нижних»; протон – из одного «нижнего» и двух «верхних».
Следующие шесть – лептоны – также состоят из трёх пар: электронов, мюонов и таонов (тау-лептонов), каждый со своим собственным нейтрино. Оригинальное нейтрино теперь называется электронным нейтрино и идёт в паре с электроном. Все двенадцать частиц (кварки и лептоны) в совокупности носят название фермионов, данное им в честь великого итальянского физика Энрико Ферми.
Оставшиеся четыре частицы связаны с физическими силами, которые удерживают всю материю вместе. Физики различают следующие основные природные силы: гравитация, электромагнетизм, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие. Гравитация не играет особенной роли в стандартной модели, поскольку не вписывается в квантово-механическую картину мира. Остальные три силы связаны с особыми частицами, известными как бозоны. Своё название они получили в честь индийского физика Сатьендры Ната Бозе (Шотендроната Бошу). Разница между бозонами и фермионами принципиальна: у них различные статистические свойства.
Четыре бозона выступают в качестве «связующего звена» сил, словно теннисисты, играющие пара на пару. Для электромагнетизма таким «связующим звеном» служит фотон; для слабого ядерного взаимодействия – W± и Z-бозоны, а для сильного ядерного взаимодействия – глюон. Такова стандартная модель: 12 фермионов (6 кварков и 6 лептонов) удерживаются вместе четырьмя бозонами.
Итого, у нас получается 16 фундаментальных частиц.
Ах, да! Ещё есть бозон Хиггса – семнадцатая фундаментальная частица. Если, конечно, эта легендарная, как её часто называют, частица действительно существует. По крайней мере, до 2012 года это было весьма сомнительно.
Несмотря на свою популярность, стандартная модель не в состоянии объяснить наличие у частиц массы (в общепринятом смысле этого слова). Бозон Хиггса был придуман в 60-х годах XX века, когда некоторые физики смекнули, что новая частица с особыми свойствами может пролить свет на один важный аспект этого противоречия. Среди них был и Питер Хиггс, рассчитавший кое-какие свойства гипотетической частицы и предсказавший, собственно, её существование. Бозон Хиггса создаёт поле Хиггса, так называемый «хиггсовский океан». Важно то, что сила поля Хиггса не равна нулю даже в пустом пространстве. Когда частица движется сквозь всепроникающее поле Хиггса, то взаимодействует с ним, и этот эффект можно истолковать как массу. В качестве аналогии представьте, что вы перемешиваете ложкой патоку. Правда, в таком случае за массу выдаётся сопротивление перемешиванию, поэтому сам Хиггс скептически относится к подобному способу объяснения своей