Все обычное вещество состоит из частиц первого поколения.

Предполагается, что остальные поколения можно создать искусственно на ускорителях заряженных частиц.

На основе кварковой модели физики разработали простое и изящное решение проблемы строения атомов.

Каждый атом состоит из тяжелого ядра (сильно связанных шюонными полями прогонов и нейтронов) и электронной оболочки. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в перио­дической таблице химических элементов Д. И. Менделеева. Протон имеет положительный электрический заряд, массу в 1836 раз больше массы электрона, размеры порядка 10'¹³ см. Электриче­ский заряд нейтрона равен нулю. Протон, согласно кварковой гипотезе, состоит из двух «верхних» кварков и одного «ниж­него», а нейтрон — из одного «верхнего» и двух «нижних» кварков. Их нельзя представить в виде твердого шарика, ско­рее, они напоминают облако с размытыми границами, состоя­щее из рождающихся и исчезающих виртуальных частиц.

Остаются еще вопросы о происхождении кварков и лептонов, о том, являются ли они основными «кирпичиками» при­роды и насколько фундаментальны? Ответы на эти вопросы ищут в современной космологии. Большое значение .имеет ис­следование рождения элементарных частиц из вакуума, по­строение моделей первичного ядерного синтеза, породивших те или иные частицы в момент рождения Вселенной.

6.4. Взаимодействия. Классификация элементарных частиц

В настоящее время в физике определено существование четырех типов физических взаимодействий — гравитаци­онного, сильного, электромагнитного и слабого. Оказыва­ется, что все они имеют калибровочную природу и описы­вается калибровочными симметриями, являющимися раз­личными представлениями групп Ли. Так, электромагнит­ное взаимодействие описываются калибровочной симметрии SU(1), слабое взаимодействие — калибровочной симметрией SU(2), сильное взаимодействие — калибровочной симметри­ей SU(3). Тот факт, что все известные физические взаимо­действия имеют одну калибровочную природу, как бы сде­ланы «из одной болванки», вселяет надежду, что можно будет найти «единственный ключ ко всем известным зам­кам» и описать эволюцию Вселенной из состояния, пред­ставленного единым суперсимметричным суперполем, из состояния, в котором различия между типами взаимодей­ствий, между всевозможными частицами вещества и кван­тами полей еще не проявлены. История же самодвижения Вселенной отмечена датами спонтанного нарушения сим­метрии, моментами, когда проявляется различие между ти­пами физических взаимодействий, когда микрообъекты приобретают массы, заряды и другие характеристики, что» в конечном счете, приводит ко всему последующему мно­гообразию физического мира.

Для обсуждения этих проблем остановимся вкратце на существующей в современной физике классификации эле­ментарных частиц. При этом подчеркнем, что обсуждаемые нами выше взаимодействия и связанные с ними поля со­гласно квантовой теории поля — квантованы, то есть со­держат соответствующие каждому конкретному полю кван­ты, посредством которых и осуществляются взаимодей­ствия между частицами.

Физика до недавнего времени изучала материю в двух ее проявлениях — веществе и поле. Причем частицы ве­щества и кванты полей подчиняются разным квантовым статистикам и ведут себя различным образом. Так, части­цы вещества являются ферми-частицами (фермионами). Системы тождественных ферми-частиц подчиняются статистике Ферми—Дирака. Все фермионы имеют лолуцелое значение некоторой очень важной квантовой характеристи­ки элементарной частицы (не менее важной, чем заряд или масса), называемой спином. А для частиц с полуцелым зна­чением спина справедлив принцип запрета Паули, соглас­но которому две тождественные частицы с полуцелым спи­ном не могут находиться в одном и том же состоянии. Принцип Паули определяет образование электронных обо­лочек в атомах, поскольку в одном и том же состоянии на одном подуровне могут находиться только два электрона с противоположными спинами, что определяет закономерно­сти периодической системы элементов Менделеева.

Все кванты полей являются бозе-частицами (бозонами) — частицами с целочисленным значением спина. Си­стемы тождественных бозе-частиц подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Принцип Паули для них несправедлив: в одном и том же состоянии может находиться любое число частиц. Так что бозе- и ферми-частицы рассматри­ваются как частицы, имеющие различную природу. В ка­либровочных теориях до недавнего времени это различие снять не удавалось, и физики констатировали факт разде­ления в настоящую эпоху эволюции Вселенной материи на два вида — вещество и поле.