Фундаментальная частица

Фундамента́льная части́ца — бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную. Частицы, которые в настоящее время считаются элементарными, включают фундаментальные фермионы (кварки, лептоны, антикварки и антилептоны), которые обычно представляют собой «частицы вещества» и «частицы антивещества», а также фундаментальные бозоны (калибровочные бозоны и бозон Хиггса), которые, как правило, являются «частицами силы», которые опосредуют взаимодействия между фермионами. Частица, содержащая две или более элементарных частиц, представляет собой составную частицу.

Обычная материя состоит из атомов, когда-то считавшихся элементарными частицами — в переводе с греческого «атом» означает «неделимый, неразрезаемый», хотя существование атома оставалось спорным примерно до 1910 года, так как некоторые ведущие физики рассматривали молекулы как математические иллюзии, а материя в конечном итоге состояла из энергии. Субатомные составляющие атома были определены в начале 1930-х годов; электроны и протоны, наряду с фотоном, частицей электромагнитного излучения. В то время недавнее появление квантовой механики радикально изменило концепцию частиц, так как отдельная частица могла бы, казалось бы, охватить поле, как волна. Этот парадокс все ещё не получил удовлетворительного объяснения.

С помощью квантовой теории было обнаружено, что протоны и нейтроны содержат кварки (верхний и нижний), считающиеся элементарными частицами. В пределах молекулы электрон имеет три степени свободы (заряд, спин, орбиталь), которые можно отделить с помощью волновой функции на три квазичастицы (холон, спинон, орбитон). Тем не менее, свободный электрон, который не вращается вокруг атомного ядра и не имеет орбитального движения, кажется неделимым и остается элементарной частицей.

Приблизительно в 1980 году статус элементарной частицы как действительно элементарного — конечной составляющей вещества — был в основном отвергнут для более практического взгляда, который воплотился в Стандартную модель физики элементарных частиц, известную как наиболее экспериментально успешную теорию науки. Многие разработки и теории за пределами Стандартной модели, включая популярную суперсимметрию, удваивают число элементарных частиц, выдвигая гипотезу о том, что каждая известная частица ассоциируется с «теневым» партнёром гораздо более массивным, хотя все такие суперпартнёры остаются нераскрытыми. Между тем элементарный бозон, опосредующий гравитацию (гравитон), остается гипотетическим. Кроме того, как показывают гипотезы, пространство-время, вероятно, квантуется, поэтому, скорее всего, существуют «атомы» пространства и самого времени.

Фундаментальные бозоны 
Фундаментальные бозоны:

Фундаментальные фермионы 
Фундаментальные фермионы:

У всех кварков есть также электрический заряд, кратный 1/3 элементарного заряда. В каждом поколении один кварк имеет электрический заряд +2/3 (это u-, c- и t-кварки) и один — заряд −1/3 (d-, s- и b-кварки); у антикварков заряды противоположны по знаку. Кроме сильного и электромагнитного взаимодействия, кварки участвуют в слабом взаимодействии.

 Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы — антилептоны (античастица электрона называется позитрон по историческим причинам). Существуют лептоны шести ароматов:

История 
До XVII века фундаментальными частицами считались 4 стихии/элемента.

До начала XX века фундаментальными частицами считались атомы. Далее фундаментальными частицами стали считать атомное ядро и электрон. Далее было открыто, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов и они стали считаться фундаментальными, а не ядро. Потом было открыто, что протоны и нейтроны состоят из кварков.

Примечания

Ссылки 
 За пределами Стандартной модели
 Анатомия одной новости, или Как на самом деле физики изучают элементарные частицы Почему кварки не бывают свободными
 С. А. Славатинский Фундаментальные частицы// Московский физико-технический институт (Долгопрудный, Московской обл.)
 Славатинский С. А. Фундаментальные частицы // СОЖ, 2001, No 2, с. 62-68 архив http://web.archive.org/web/20060116134302/http://journal.issep.rssi.ru/annot.php?id=S1176
 Фундаментальные частицы и взаимодействия // nuclphys.sinp.msu.ru
 КАЛИБРОВОЧНЫЕ БОЗОНЫ Фундаментальные частицы Стандартной Модели
 Адроны, очарованные мезоны и поиски кварк-глюонной плазмы
 [www.second-physics.ru/lib/articles/kiev2008.pdf ОСНОВИ ФІЗИЧНОЇ ВЗАЄМОДІЇ c.6] // second-physics.ru
 Глава 6. Физика атома и атомного ядра // physics.ru
 Физика элементарных частиц и t-кварк // nature.web.ru
 Фундаментальные взаимодействия // nature.web.ru
 Кварки в ядрах // nature.web.ru
 Фундаментальные взаимодействия

Физика элементарных частиц
Элементарные частицы
Фундаментальные физические понятия