Някои философи в древна Гърция са разсъждавали колко пъти един обект може да бъде разделен, докато стане неделим. Те предположили, че трябва да съществуват малки, неделими частици - и ги нарекли атоми. Името идва от старогръцкото átomos, което означава „неделим“. Според тази идея атомите са основните градивни елементи, които изграждат познатата ни материя. Така се е смятало до края на XIX век.

През 1919 г. Ърнест Ръдърфорд открива, че атомът е също делим и че трябва да се състои от два вида частици - електронът, който вече е известен по това време, и една нова частица, протон. Според тази теория, протоните образуват ядрото на атова, а електроните образуват неговата обвивка. До началото на 30-те години протоните и електроните остават най-малките познати частици.

В началото на XX век настъпват промени във физиката след откриването на радиоактивността, теорията на относителността и зараждането на квантовата физика. Старият светоглед е разклатен сериозно, а физиците измислят нови методи за изследване на най-малките частици.

През 1932 г. Валтер Бохте и неговият ученик Херберт Бекер откриват неутрона – вторият градивен елемент на атомните ядра. Те бомбандират елеманта берилий с протони, опитвайки се да получат елемента бор, но за тяхна изненада се получава въглерод. При тези процеси се освобождава и високоенергийно лъчение. Това се оказва лъчение от свободно летящи неутрони. Докато протоните са електрически положително заредени, неутроните са електрически неутрални.

През същата 1932 г. Карл Дейвид Андерсън открива първата античастица. За всяка елементарна частица съществува и съответната античастица. Масата и продължителността на живота на двете частици са еднакви, но електрическият им заряд е точно противоположен. Андерсън открива частица, която се държи точно като електрона. Само че не е отрицателно заредена, а положително. Той нарича този антиелектрон позитрон.

Но Андерсън прави още открития. Той открива друга частица, която е много подобна на електрона, само че много по-тежка и с по-кратък живот. Той я нарича мюон. Подобно на електрона, мюонът принадлежи към групата на лептоните. По-късно е открит трети лептон, тау лептонът.

През следващите десетилетия са открити допълнителни частици. Дори частици, които нямат маса или заряд. През 1955 г. е открита частица, която не реагира на магнитни и електрически полета. Тази частица беше толкова неутрална и малка, че беше наречена неутрино. По това време експериментите стават все по-мащабни и по-прецизни - и така физиците откриват все повече и повече елементарни частици.

В началото на 60-те години на миналия век физиците се опитват да въведат ред в хаоса с различните елементарни частици - като ги сортират по сходство. Има няколко предложения за това. Научният свят най-накрая се съгласява със следната класификация:

Адрони (на старогръцки hadr ós за „дебел, силен“). Смята се, че адроните са частици, които се състоят от поне два кварка или антикварка. Протонът и неутронът са стабилни адрони, всеки съставен от три кварка. Материята, която познаваме, се състои от тях. Други адрони, като пиони или каони, са съставени от кварк и антикварк.

Лептоните (на старогръцки lept ós за „тънък, малък, фин“). Включват електрони и мюони и тауони, както и техните неутрино.

Бозони. Взаимодействащи частици, които са отговорни за предаването на сила между адроните и лептоните. Кръстени са на индийския физик Сатиендранат Бозе.

Кварките

В сравнение с електрона, протонът и неутронът са много тежки. Това доведе до предположението, че протоните и неутроните би трябвало да се състоят от още по-малки частици. Физиците Андре Петерман, Мъри Гел-Ман и Джордж Цвайг независимо един от друг разработват теории за това от какво могат да се състоят протоните или неутроните - и с тях всички други адрони, към която група принадлежат.

Дълго време кварковият модел, който предсказваше шест различни кварка, беше само теоретичен. Първият кварк, открит експериментално, беше дънният кварк. Последният, горният кварк, беше открит 20 години по-късно, през 1995 г и имаше изненадващо голяма маса.

_{Мъри Гел-Ман (2007 г.)}

Физикът Мъри Гел-Ман избира термина "кварк" в началото на 60-те години. Той заимства думата от романа „Бдение над Финеган“ на известния писател Джеймс Джойс. Това е последното произведение на поета и е писана между 1923 и 1939 г. Смята се за едно от най-трудните за разбиране произведения на Джойс. Един ред там гласи: „Три кварка за мистър Марк“.

Не е ясно дали Гел-Ман наистина е разбрал какво иска да каже Джойс с изречението. Но тъй като по това време той допуска, че има три различни частици, Гел-Ман смята избора на думата за подходяща и кръщава елементарните частици „кварки“. Джойс, на свой ред, чува думата „кварки“ по време на пътуване в Германия, на пазара във Фрайбург, когато слуша разговорите на търговците на млечни продукти.

Няма по-малки частици от кварките, лептоните и бозоните. Според съвременните познания те са неделими - и засега това са елементарните частици.

Шестте кварка, които познаваме днес са: Горен, Долен, Странен, Чаровен, Дънен и Топ. Всички адрони, които познаваме, могат да бъдат сглобени от тях. Оказва се, че комбинацията от три кварка произвежда най-стабилните частици. Частиците също могат да се образуват от повече или по-малко кварки, но те се разпадат след кратко време.

_{Цветелина Янкова разказва за елементарните частици}

Колко частици има?

Към днешна дата са открити 61 частици. В зависимост от вида и броя на кварките те се наричат мезони, бариони или екзотични частици. Основните градивни елементи на всички тези частици са елементарните частици: шест кварка, три лептона, три неутрино и бозони (частиците на взаимодействието).

Бозоните посредничат във физическите сили, които познаваме. Когато застанем на кантара сутрин, два бозона често предизвикват ужас: бозонът, който дава маса на материята (предсказан от Питър Хигс през 1964 г.), и гравитонът, който предава гравитацията (предсказан от Пол Дирак през 1959 г.). Въпреки че дълго търсената частица на Хигс беше измерена през 2012 г., постулираният гравитон досега остава неоткрит.

За да обяснят допълнителните несъответствия в квантовата физика, физиците изобретиха нова теория: суперсиметрията. При суперсиметрията за всяка известна досега частица има суперсиметрична частица. Такива частици обаче все още не са открити. Ако някой ден се случи, това би удвоило броя на частиците.

Протоните и неутроните биха се разпаднали на своите кварки, ако бозоните не съществуваха. Бозоните са взаимодействащи частици, т.е. те са носители на силата, която действа между кварки, адрон или лептони.

Има група елементарни частици, които са били непознати дълго време. Частици, които имат толкова малка маса, че рядко се сблъскват с други частици. Те нямат електрически заряд и следователно не могат да бъдат разсеяни с магнити или електрически полета. Тъй като изглеждат толкова неутрални, те се наричат неутрино. При тях също има частици и античастици.

Неутриното се създават заедно с лептоните при слабото взаимодействие. Когато се роди електрон, се добавя антиелектронно неутрино. Към антиелектрона, позитрона, се присъединява електронно неутрино.

Много частици неутрино възникват от процесите, протичащи в нашето слънце. Милиарди слънчеви неутрино преминават през нашите тела всяка секунда. Но тъй като те рядко взаимодействат с материята, от която сме направени, ние не го забелязваме. Има много други призрачни частици, които теорията предсказва, но все още не са открити.

За откриването на елементарните частици се използва много енергия и сблъсък - една частица се сблъсква с друга, за да се определят компонентите на получените „фрагменти“, чрез специални детектори.

Колкото по-голяма е енергията при сблъсък на частиците, толкова по-фини фрагменти се образуват. Физиците изследват подробно как се движат тези фрагменти, кои криви следват и от кои други летящи парчета „отломки“ зависят и правят заключения за вида на измерените частици.

Има различни видове детектори: такива, при които частиците се изстрелват към фиксирана цел или такива, при които частиците се ускоряват в километрични магнитни пръстени, докато накрая се сблъскат. Такъв е случаят например с Големия адронен колайдер (LHC) в CERN близо до Женева. Частицата Хигс беше открита там през 2012 г.

За откриване нови частици спомага и Земята. Тя се използва като щит срещу вече известни частици. Като поставите детектори дълбоко в Земята, в стари мини, само частици като неутрино могат да проникнат до детекторите.

Всичко около нас се състои от елементарни частици и ако знаем как можем да им въздействаме, по принцип няма невъзможни неща. Можем дори да сбъднем мечтата на алхимиците и да превърнем оловото в злато. Това е лесна игра за физиците на елементарни частици: те просто трябва да изстрелят частици с правилната енергия към ядрата на оловния атом, за да отделят три протона от тях. Тогава те се превръщат в ядра на златен атом. За съжаление, процедурата е свързана с огромни разходи на енергия.