Кварки и глюоны

Согласно принятой в науке модели, протон состоит из кварков, связанных воедино глюонами. Правда, никто не наблюдал кварки и глюоны как отдельные частицы, они всегда «спрятаны» внутри протонов, нейтронов или других элементарных частиц (см. рисунок на вклейке).

Кварки — гипотетические материальные объекты, из которых по современным представлениям состоят все адроны[8]. А. С. Холманский пишет следующее: «Кварк и его широко разработанные математические свойства являются зеркальным отражением оценочных дат предполагаемого вселенского Большого взрыва. Ни кварк, ни Большой взрыв не являются продуктами экспериментальной физики».

Глюоны (от английского glue – клей) – гипотетические электрически нейтральные частицы с нулевой массой покоя и спином, равным единице. Представляют собой своеобразные силы взаимодействия между кварками, из которых состоят элементарные частицы. Предполагается существование восьми глюонов, обладающих квантовой характеристикой – «цветом».

Обмен глюонами между кварками меняет «цвет» кварков, но сохраняет их тип. На долю глюона приходится около 50 % всей энергии покоя протона. При аннигиляции кварка и антикварка, образующих мезон, родившиеся глюоны превращаются в адронные струи [9].

Теорию кварков выдвинули в 1964 году. Экспериментальное подтверждение существования двух кварков, составляющих протон (верхнего и нижнего кварков) было получено в начале 1970-х годов. Когда экспериментально было доказано наличие двух частиц в протоне, американский физик Гелл-Манн назвал их кварками.

Вначале кварки были трех сортов, или, как говорят физики, «ароматов»: верхний, нижний и странный. При этом термин «аромат» рассматривают как специальное квантовое число, характеризующее тип кварка. К концу 1970-х теория расширила число кварков до шести, разбив их на три пары: верхний – нижний, очарованный – странный, истинный – красивый. Не удивляйтесь таким названиям: физики тоже немного лирики, поэтому появились кварки «красивые», «странные», «очарованные», «со скрытым очарованием». А если серьезно, типы кварков сначала обозначили буквами а, в, с и т. д. Затем от букв перешли к словам, например, от буквы с к слову «чарм», «шарм», ну и дальше, к «очарованию» [12].

К началу 1990-х годов в лаборатории Ферми предположили существование шестого, истинного кварка.

Из кварков, образно говоря, и состоят почти все известные элементарные частицы. По мнению ученых, кварки объединяются в элементарные частицы благодаря глюонам. Скорее всего, гипотетические кварки и есть гипотетические амеры Демокрита.

Итак, атомные ядра всех без исключения элементов состоят из протонов и нейтронов.

Силы между нейтроном и протоном образуют взаимодействие неэлектромагнитной природы. И они настолько велики, что это взаимодействие назвали сильным ядерным взаимодействием. Сильное взаимодействие между двумя протонами в 1038 раз мощнее, чем гравитационное взаимодействие между ними.

Правда, действуют эти силы только на очень близком расстоянии, равном примерно двум-трем диаметрам нейтрона, и не существуют вне ядра.

Эти нейтроны и протоны находятся в непрерывном движении. Обладая, как и электроны, квантовой природой, нейтроны реагируют на ограничение в пространстве увеличением скорости вращения, а так как им отводится более ограниченный объем, чем электронам, их скорость очень высока – около 100 тысяч км/с.

И если бы мы заглянули в атом железа, мы увидели бы, что двадцать шесть электронных облачков в стремительном вихре вращаются вокруг ядра, состоящего из двадцати шести протонов и тридцати нейтронов, которые, в свою очередь, в бешеном ритме танцуют ламбаду, причем танцоры чередуются, и пары меняются.

Уму непостижимо, как им удается не толкаться и не путаться в парах на такой сумасшедшей скорости. Непонятно, почему не сталкиваются друг с другом электроны, проносящиеся по своим орбитам вокруг ядра на огромной скорости [13].

Этот многослойный бушующий мир состоит из субатомных частиц, движущихся по различным орбитам с дикой скоростью, «танцующих» замечательный танец жизни под музыку, которую кто-то сочинил. А ведь речь идет о железе!

Невольно напрашивается вопрос: кто сочинил музыку для удивительного танца субатомных частиц, кто задал информационную программу и научил пары танцевать, в какой момент начался этот танец? Иными словами: как образуется материя, кто ее создал, когда это случилось? Каким образом и из чего образовался протон, как атом жизни? Следуя теории относительности, протон должен образоваться из энергии.

Чтобы подтвердить возможность образования материальных частиц из энергии и получить новые частицы, ученые проводят исследования на ускорителях частиц.