Світ елементарних частинок у поняттях симетрії

µ- → e-+ νμ  +   (для частинки),     μ+ → e+ +    + νe   (для античастинки).

Очевидне і важливе таке правило: якщо якусь частинку (групу частинок) перенести з однієї частини реакції в другу, при цьому замінивши їх античастинками, то отримаємо нове співвідношення, що виражає нову реакцію. Нехай, наприклад, виконується реакція а + b → с + d  , де літерами а, b, с і d позначено якісь частинки. Нехай у цій реакції виконуються всі закони збереження і вона обов'язково відбувається. Тоді також можлива реакція а →  с + d + b . Тут частинку b замінено античастинкою b .

Розглянемо конкретні приклади реакцій.

1.Візьмемо реакцію розпаду нейтрона (IV.1). Замінивши в ній електронне антинейтрино   на електронне нейтрино νe, отримаємо

 

νe + п → р  + е-   .

 

Ця реакція взаємодії нейтрино з нейтроном з утворенням протона й електрона так само можлива, як і (IV.1).

2.Під час комптонівського розсіювання кванта на електроні маємо

 

γ  + е-  →  γ   + е-

 

частинка γ  (фотон) тотожна своїй античастинці. Новий процес

 

e+  + е- →  γ   + γ ,

 

що виражає анігіляцію пари електрон-позитрон з випроміненням двох γ -квантів, які розлітаються в протилежні сторони, також можливий (як і вихідний).

Відомо, що позитрон і антипротон так само стабільні, як  відповідні їм частинки, тому з речовиною фізики допускають існування також антиречовини. Ядра атомів антиречовини складаються з антипротонів і антинейтронів, у полі яких обертаються позитрони. Перше антиядро-аптидейтрон   добули американські фізики в 1956 році. У 1969 році на прискорювачі в Сєрпухово було зареєстровано ядро антигелію  , що складається з двох антипротонів і одного антинейтрона. В 1947 році там же було добуто ядро антитритію  .

Можна уявити собі світ, побудований з античастинок. Це буде антисвіт. Речовина в антисвіті складатиме з антиатомів і антимолекул. Антисвіт спостерігачеві із Землі уявлятиметься так само природним, як і його власний світ. Світ і антисвіт взаємно симетричні, в антисвіті діятимуть ті ж самі правила симетрії, що і в світі. Закони природи інваріантні відносно заміни всіх частинок на відповідні їм античастинки й навпаки - всіх античастинок на відповідні частинки. Ця інваріантність - прояв на вищому рівні С-інваріантності.

Симетрія фізичних властивостей світу й антисвіту поєднується з явною асиметрією розподілу в просторі речовини й антиречовини.  Так, у первинних космічних променях число антипротонів, зареєстрованих земними  приладами, приблизно в 103 -104  разів менше, ніж  число протонів. Причину такої асиметрії, очевидно, слід шукати у виникненні і еволюції Всесвіту. Це одна з досі нерозгаданих загадок астрофізики.

Основні закони збереження лептонного заряду (лептонів) і нуклонів (баріонного заряду) вимагають, щоб частинка й  античастинка виникали одночасно й парами, а отже, речовина й антиречовина також мають виникати водночас і в рівних кількостях.  Тоді стає незрозумілим механізм, який викликав розділ речовини й антиречовини в нашій Галактиці. Можливо, на  антиречовину діють сили антигравітації, що призводять   до   розмежування речовини й антиречовини?

Зазначимо: поняття „анти” взагалі досить чітко формулюється для матеріальних частинок, але зовсім не для явищ.

Невідомі симетрії

У чому полягає глибокий зміст законів збереження електричного заряду, лептонного числа, баріонного числа, дивності та ізотопічного спіну? Чи можна пов’язати ці закони з властивостями симетрії якогось абстрактного простору? Як перейти від якогось закону до принципу симетрії, що лежить у його основі? Навіть квантова механіка не вказує цього зворотного шляху. Чи можна знайти принципи симетрії, що відповідають усім законам збереження? Ці питання – проблеми зараз ще далеко не зрозумілі, позбавлені ясності.

Невідомо, як каони, η0 – мезони і ρ- мезони сприяють піонам переносити взаємодії між нуклонами. Природа сил, які діють між нуклонами, досі нез’ясована. Відомо, що ці сили не підпорядковуються принципу суперпозиції.

Зараз про слабкі взаємодії відомо значно більше, ніж про сильні. Невідомі відмінності між властивостями слабкої взаємодії при β-розпаді і при лептонних розпадах гіперонів. Ми не знаємо, який радіус слабкої взаємодії, яким шляхом вона передається.

Проте добре вивчені електрони, нуклони, піони. Найзагадковіші мюони. Вони не вкладаються в схему елементарних  частинок. Створюється враження, що мюони взагалі у природі зайві. Вони слабо взаємодіють із нуклонами, досі „безробітні”. Можливо, мюони – це електрони-гіганти, випадково створені природою?

Систематика елементарних частинок

І.Усі частинки мікросвіту (навіть неелементарні) поділяються на бозони й ферміони. Безони - частинки, які підлягають Бозе-Ейнштейна статистиці. Вони мають нульовий або цілочисельний спін. Це: гіпотетичний гравітон, фотони, піони, каони, ета-мезони, мезонні резонанси, глюони, а також античастинки всіх перелічених частинок. Стан системи бозонів описується симетричною хвильовою ψ-функцією. Ферміони - елементарні частинки, які підлягають Паулі принципу і Фермі-Дірака статистиці, вони мають половинний спін. Сюди відносять: протони, електрони, нейтрони, мюони, гіперони, кварки, а також