Ученый — это словно Гулливер, оказавшийся либо в стране лилипутов, либо в стране великанов. Так как в данной главе речь будет идти о «стране лилипутов», приведу такой пример. Вообразите, что в вашем распоряжении мощный экскаватор, с помощью которого требуется пересадить пушистые одуванчики на новое место, причем нисколько не повредив их. Задача не из легких. Физик-экспериментатор, анализирующий микропроцессы, зачастую оказывается в гораздо более сложной ситуации, требующей необыкновенной филигранности в работе.
Науки лишь на этапе своего зарождения изучали то, что лежит почти на поверхности. Так, например, в пору своего детства астрономия просто составляла каталоги небесных светил, а биология коллекционировала растения, животных и насекомых. Ныне теоретический путь к изучаемому объекту становится все длиннее. Возрастает его «концептуальная нагруженность» [3]. Становится труднее определить, что «исходит» от изучаемого объекта, а что — от наших теоретических построений. По словам академика Ландау, сила человеческого разума такова, что мы можем понять то, что даже не можем вообразить.
Начнем с самого фундаментального, с самого простого. Выше уже были рассмотрены основные физические поля. Теперь подробнее представим основные субэлементарные и элементарные частицы.
Субэлементарными считаются кварки — гипотетические фундаментальные частицы, из которых, по современным представлениям, состоят все адроны (барионы — из трех кварков, мезоны — из кварка и антикварка). Кварки обладают спином 1/2, барионным зарядом 1/3, электрическими зарядами 2/3 и +1/3 заряда протона, а также специфическим квантовым числом «цвет». Экспериментально (косвенно) обнаружены 6 типов «ароматов» кварков — высший, верхний, нижний, странный, очарованный, красивый: u, d, s, c, b, t. В свободном состоянии не наблюдались.
Это самые парадоксальные представители микромира. Если бы они были вне элементарных частиц, то были бы больше и тяжелее тех частиц, внутри которых находятся. Кварки взаимодействуют между собой благодаря гипотетическим глюонам (от англ. glue — клей). Глюоны — это гипотетические электрически нейтральные частицы, со спином 1 и нулевой массой покоя. Передают сверхсильное взаимодействие между кварками. Согласно квантовой хромодинамике, существует 8 условно «цветных» глюонов. В данном случае цвет — это определенная квантовая характеристика («цветовой заряд»), которая определяет взаимодействия этих частиц и кварков [4]. Последние представляют из себя электрически нейтральные частицы, масса которых равна нулю, а спин — единице.