В останні десятиліття термін «елементарна частинка» зазвичай використовується стосовно неподільним фрагментами атома. До роботи Дірака вважалося, що існують тільки три елементарні частинки-електрон, протон і нейтрон. Незабаром після того, як Дірак передбачив існування античастинок, інші фізики висунули припущення про існування нових елементарних частинок. Найбільш відомий з них Хідекі Юкава, який в 1935 р припустив існування мезона. Ця елементарна частинка необхідна для утримання разом протонів і нейтронів в атомному ядрі. У 1938 р він передбачив також існування так званих «проміжних векторних бозонів». З цього часу було передбачено кілька сотень елементарних частинок. Деякі з них були виявлені при бомбардуванні речовини частками, що володіють величезними швидкостями. Для цієї мети використовуються прискорювачі часток з високою енергією.
Античастинки мають таку ж масою, як і відповідні звичайні частинки (якщо у них є маса), але електричним зарядом протилежного знака. Наприклад, позитрон є античастинкою по відношенню до електрона. Він має позитивний заряд. Антипротон має негативний електричний заряд.
В даний час істинно фундаментальними, або елементарними, частинками вважаються кварки і лептони. Кварки * були передбачені Мюреєм Гелл-Маном і незалежно Джорджем Цвейг в 1964 р В даний час передбачається існування щонайменше 18 типів кварків. Вони включають 6-кварк і 6-антікварк, «зачарований» кварк і кварк, що володіє «ароматом» (особливим квантовим числом), який називається «красою». «Гарний» ароматний мезон складається з двох кварків, один з яких має властивість «краси». Деякі кварки мають «явною красою», а інші-«прихованої красою»! «Аромати» кварків визначають їх квантові властивості (див. Наступний розділ). Фундаментальними частинками крім кварків вважаються ще шість лептонів і десяток інших частинок, які є переносниками різних взаємодій. Лептони відносяться до того ж класу неподільних частинок, до якого належить електрон. До останнього часу не існувало прямих експериментальних доказів існування фундаментальності таких частинок, як кварки і лептони. Їх існування було передбачене на підставі гіпотетичних моделей атома, запропонованих фізиками-теоретиками.
Вважається, що протон складається з набору трьох кварків, а нейтрон-з іншого набору трьох кварків. Ці кварки утримуються разом сильною взаємодією, яке носить назву «колірного взаємодії» (хоча така характеристика не має нічого спільного зі звичайним поняттям про колір). «Кольорове взаємодія» обумовлено глюонами. Різні типи глюонів мають різні «кольору». Коли кварки зв'язуються один з одним, утворюючи протон або нейтрон, між кварками відбувається обмін глюонами. Теорія «колірного взаємодії» називається квантовою хромодинаміки (КХД). Квантова хромодинамика у багатьох відношеннях порівнянна з фундаментальної теорією електромагнітних взаємодій, яку започаткували роботи Дірака в кінці 20-х років XX ст. і яка розвивалася наступні 20 років. У цій теорії сили взаємодії між двома електрично зарядженими частинками пояснюються обміном фотонами. Вона називається квантовою електродинаміки (КЕД).
Однак виявлення так званих W- і Z-частинок женевськими вченими в 1983 р поставило під сумнів обидві теорії **. На рис. 1.5 в схематичному вигляді зображено сучасний стан знань, що стосуються будови атома.
Вивчення елементарних частинок до останнього часу майже повністю було областю інтересів фізиків-теоретиків і фахівців в області високих енергій. Однак в останні роки хіміки стали вивчати ефекти, до яких призводить бомбардування молекул мюонами і іншими елементарними частинками. І все ж більшість сучасних хіміків і раніше твердо покладаються тільки на три фундаментальні частинки-електрон, протон і нейтрон, які дозволяють їм пояснювати природу хімічних реакцій і властивостей хімічних систем.
Слово «кварк зобов'язане своїм походженням розповіді Джеймса Джойса« Поминки Фіннегана », де відвідувач кабачка вимовляє фразу:« Три кварка для містера Марка! », Маючи на увазі під« трьома кварками »три краплі.
Мал. 1.5. Загальні відомості про сучасний стан знань, що стосуються будови атома, силових полів і елементарних частинок речовини, а-будова атома; б-чотири типи сил взаємодій; в-частинки і переносники взаємодій.
