Котики и частицы. Как объяснить Стандартную модель на милых гифках

Когда-нибудь котики захватят мир. Но сегодня они помогут в объяснении Стандартной модели физики частиц – одной из наиболее успешных научных концепций современности.

Элементарные котики

Для описания котиков мы чаще всего используем цвет шерсти: кот «рыжий», «белый с черным» или «черепаховый». Все многообразие можно описать некоторым не очень большим количеством расцветок, своеобразных «элементарных котиков». Стандартная модель использует элементарные частицы, «кирпичики» для создания материи, которые сами по себе не имеют структуры и не состоят из каких-либо частиц меньшего размера. Их всего 24: 12 кварков и 12 лептонов. В состав любого атома входят электроны, относящиеся к лептонам, а также протоны и нейтроны, состоящие из кварков.

Фундаментальные взаимодействия

Котики общаются с нами и выражают различные эмоции: счастье, раздражение или настойчивое желание поесть. «Общение» частиц называется взаимодействием. Всего существует три типа взаимодействий: сильное, слабое и электромагнитное.

Переносчики взаимодействий

Котики обмениваются звуками, взглядами и тактильными контактами. В зависимости от поведения котика мы узнаем, какое взаимодействие он хотел передать: шипение означает «отстань от меня», мяукание – «покорми меня». В Стандартной модели взаимодействие любого типа происходит за счет обмена особыми частицами — калибровочными бозонами.

Как появляется масса?

Вы когда-нибудь пробовали взвешивать котика? Это задача не из простых. Бывалые кошатники знают, что самый действенный способ – встать на весы с котом в руках и без него, разницей и будет масса вашего питомца. Чтобы вес появлялся у элементарных частиц, физики ввели еще одну – бозон Хиггса. Он взаимодействует с остальными частицами особым образом, за счет чего они приобретают массу.

Принцип действия бозона Хиггса

Представьте: вы находитесь на вечеринке. Люди общаются между собой и в принципе распределены по помещению довольно равномерно. Если вы захотите пройти в другой конец комнаты, без труда сможете это сделать.

Но все поменяется, если в комнату зайдет хозяйский котик. Они, как известно, притягивают людей, и вокруг него образуется некоторое количество желающих погладить или почесать за ушком. Кот вряд ли будет стоять на месте, но теперь он будет передвигаться не один, а со свитой «кошатников». Схожим образом действует поле бозона Хиггса на другие элементарные частицы, «возбуждая» их состояния и формируя таким образом массы.

За пределами Стандартной модели

Невероятно, но факт: ученые до сих пор не знают, почему котики мурлыкают. Нет никакого сомнения, что они действительно это умеют, но как именно производятся такие звуки, неизвестно. В Стандартной модели невозможно объяснить наличие масс некоторых частиц, описать темную материи и темную энергию, а также включить в нее четвертый тип взаимодействия – гравитацию. Нам еще предстоит прийти к пониманию устройства котиков и Вселенной.

Частицы ведут себя словно множество котиков, со своими отличительными чертами, поведением и взаимоотношениями. Они окружают нас повсюду, как и сотни тысяч видео и фотографий забавных представителей семейства кошачьих в интернете. Но главное, без них мы бы не смогли существовать. Не так ли?