Карта незримого. Восемь путешествий по физике элементарных частиц. Джон Баттерворт

решающее значение для того, чтобы подтвердить квантовую природу электронов и фотонов, а также выявить, какие элементы присутствуют в звездах и пыли далеких галактик. Это понимание воодушевляет нас и дает информацию для дальнейших исследований. Теория взаимодействия электронов и фотонов – квантовая электродинамика (КЭД) – стала первой частью разрабатываемой стандартной модели физики частиц. Как мы увидим в дальнейшем, точные атомные измерения сыграли важнейшую роль в становлении КЭД.

      Земля Атома – отправная точка для нашего путешествия в дальние области физики элементарных частиц. Преодолеть тяготы пути нам поможет квантовая теория, которой мы попутно обзавелись. Следующим этапом нашего путешествия станет уже вошедшее в привычку возвращение в порт Электрон, но на этот раз мы вернемся туда по суше. Если сказать точнее, то мы вернемся даже не в сам порт, а в земли все еще неизвестного нам острова, на побережье которого этот порт расположен. Итак, достигнув южной оконечности земли Атома, мы обнаружили некий мост, а сразу за ним – что оказалось очень кстати – пункт проката автомобилей. Мы тут же пересекли мост, взяли машину и отправились по берегу острова, чтобы исследовать территорию вдали от порта Электрон.

      Путешествие III

      Остров Лептонов и дороги, уходящие в даль

Мы тронулись в путь.•Максвелл.•Объединим силы и двинемся дальше.•Plus ça change, plus c’est la même chose[22].•Относительность, квантовая механика и новый корабль, который плывет на юг.•Решение старой задачи и новые миры.•На восток!

      IX. Электромагнетизм

      Сила, соединяющая электрон, атомное ядро и многие другие объекты на нашей карте – это электромагнетизм. Электромагнетизм описывается КЭД – квантовой теорией, разработанной Фейнманом, Швингером и Томонагой. Об этой теории мы уже кратко говорили выше. КЭД играет ключевую роль в устойчивости земли Атома и обеспечивает существование не только того моста, через который мы недавно проходили, но и всех дорог, которые теперь открываются перед нашим взором. Электромагнитная сила переносится фотоном – квантом света, с которым мы уже сталкивались в наших предыдущих путешествиях. Теперь мы исследуем остров, на котором порт Электрон был отправной точкой нашего первого путешествия, и подробно изучим, как здесь все устроено. Это будет поразительное исследование – оно изменит привычное видение пространства и времени.

      Путешествуя по земле Атома, мы увидели, что электроны связаны с ядром сложной серией энергетических уровней, потому что они представляют собой квантовые частицы с отрицательным зарядом, а ядро обладает положительным зарядом. Чтобы попасть достаточно далеко на восток и увидеть само ядро, нам понадобится энергия альфа-частиц, которая составляет несколько миллионов эВ. Чтобы увидеть электроны вокруг ядра, нужно меньше энергии: нескольких

22

«Чем больше все меняется, тем больше все остается по-старому (фр.)» – крылатая фраза французского писателя и журналиста Альфонса Карра. – Прим. изд.