What’s the smallest thing in the universe? - Jonathan Butterworth

Переводчик: Anna Pecot Редактор: Ростислав Голод

If you were to take any everyday object, say a coffee cup, and break it in half,

Что получится, если взять какой-нибудь предмет,

например чашку кофе, и разбить её на две части,

then in half again, and keep carrying on, where would you end up?

затем каждую из частей поделить ещё пополам и так продолжать деление?

Could you keep on going forever?

Можем ли мы делить чашку до бесконечности?

Or would you find a set of indivisible building blocks

Или же в какой-то момент мы получим набор неделимых частиц,

out of which everything is made?

из которых состоят все предметы?

Physicists have found the latter- that matter is made of fundamental particles,

Физики обнаружили такие частицы.

Они утверждают, что материя состоит из элементарных частиц,

the smallest things in the universe.

являющихся мельчайшими объектами во Вселенной.

Particles interact with each other according to a theory called the “Standard Model”.

Частицы вступают во взаимодействие в соответствии с теорией,

которая называется Стандартная модель.

The Standard Model is a remarkably elegant encapsulation

Стандартная модель представляет собой удивительно элегантную конструкцию

of the strange quantum world of indivisible, infinitely small particles.

неизведанного квантового мира

с его неделимыми, бесконечно малыми частицами.

It also covers the forces that govern how particles move,

Она также описывает силы, определяющие движение, взаимодействие

interact, and bind together to give shape to the world around us.

и формирование частиц в некие образования, из которых состоит всё вокруг.

So how does it work?

Каким образом это происходит?

Zooming in on the fragments of the cup,

При близком рассмотрении осколков чашки

we see molecules, made of atoms bound up together.

мы увидим молекулы, образованные из связанных между собой атомов.

A molecule is the smallest unit of any chemical compound.

Молекула — это мельчайшая единица любого химического соединения.

An atom is the smallest unit of any element in the periodic table.

Атом — это мельчайшая единица любого химического элемента

в периодической таблице.

But the atom is not the smallest unit of matter.

Но атом не является мельчайшей единицей материи.

Experiments found that each atom has a tiny, dense nucleus,

Эксперименты показали, что атом имеет микроскопическое плотное ядро,

surrounded by a cloud of even tinier electrons.

окружённое облаком ещё более мелких электронов.

The electron is, as far as we know,

Науке известно, что электрон является элементарной,

one of the fundamental, indivisible building blocks of the universe.

неделимой составляющей всех объектов Вселенной.

It was the first Standard Model particle ever discovered.

И это была первая частица Стандартной модели, открытая физиками.

Electrons are bound to an atom’s nucleus by electromagnetism.

Электроны притягиваются к ядру атома благодаря электромагнитным связям,

They attract each other by exchanging particles called photons,

а друг к другу, обмениваясь частицами, которые называются фотоны.

which are quanta of light that carry the electromagnetic force,

Фотоны — это кванты света, переносчики электромагнитного взаимодействия,

one of the fundamental forces of the Standard Model.

являющегося одним из фундаментальных взаимодействий Стандартной модели.

The nucleus has more secrets to reveal, as it contains protons and neutrons.

Нам предстоит ещё многое понять о ядре. Ядро состоит из протонов и нейтронов.

Though once thought to be fundamental particles on their own, in 1968

Когда-то протоны и нейтроны считались элементарыми частицами,

но в 1968 году физики обнаружили, что протоны и нейтроны

physicists found that protons and neutrons are actually made of quarks,

в свою очередь состоят из кварков, а они как раз и являются неделимыми.

which are indivisible.

A proton contains two “up” quarks and one “down” quark.

Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка.

A neutron contains two down quarks and one up.

Нейтрон же состоит из двух нижних и одного верхнего кварка.

The nucleus is held together by the strong force,

Ядро атома удерживается благодаря мощной силе,

another fundamental force of the Standard Model.

являющейся ещё одним фундаментальным взаимодействием Стандартной модели.

Just as photons carry the electromagnetic force,

Точно так же, как протоны несут электромагнитную энергию,

particles called gluons carry the strong force.

так и частицы глюоны являются переносчиками сильного взаимодействия.

Electrons, together with up and down quarks,

Кажется, что электронов с их верхними и нижними кварками

seem to be all we need to build atoms and therefore describe normal matter.

было бы достаточно, чтобы построить атомы и описать нормальную материю.

However, high energy experiments reveal that there are actually six quarks–

Однако, как выяснилось в ходе экспериментов,

проводимых с высокой энергией, существует шесть кварков:

down & up, strange & charm, and bottom & top

нижние и верхние, cтранные и очарованные, а также истинные и прелестные,

- and they come in a wide range of masses.

и все они обладают разной массой.

The same was found for electrons,

То же самое можно сказать и об электронах,

which have heavier siblings called the muon and the tau.

у которых имеются более тяжёлые собратья: мюоны и тау.

Why are there three (and only three) different versions

Но почему у каждой из этих частиц имеется по три, и только три версии?

of each of these particles?

This remains a mystery.

Это остаётся загадкой.

These heavy particles are only produced, for very brief moments,

Эти тяжёлые частицы образуются лишь на очень короткие промежутки времени

in high energy collisions, and are not seen in everyday life.

и только во время столкновения частиц высокой энергией

и не встречаются в повседневной жизни.

This is because they decay very quickly into the lighter particles.

А всё потому, что они быстро распадаются на более лёгкие частицы.

Such decays involve the exchange of force-carrying particles,

Во время такого распада происходит обмен частицами, несущими взаимодействие.

called the W and Z, which – unlike the photon – have mass.

Эти частицы называются W- и Z-бозоны, и, в отличие от фотонов, они имеют массу.

W- и Z-бозоны являются переносчиками слабого взаимодействия —

They carry the weak force, the final force of the Standard Model.

последнего взаимодействия Стандартной модели.

This same force allows protons and neutrons to transform into each other,

Благодаря этому же взаимодействию протоны и нейтроны превращаются друг в друга,

a vital part of the fusion interactions that drive the Sun.

что и вызывает термоядерную реакцию, определяющую активность Солнца.

To observe the W and Z directly,

Чтобы напрямую наблюдать W- и Z-бозоны,

we needed the high energy collisions provided by particle accelerators.

нам понадобится с помощью ускорителя столкнуть частицы высокой энергией.

There’s another kind of Standard Model particle, called neutrinos.

В рамках Стандартной модели

существует ещё один тип фундаментальных частиц: нейтрино.

These only interact with other particles through the weak force.

Частицы нейтрино реагируют с другими частицами

только при помощи слабого взаимодействия.

Trillions of neutrinos, many generated by the sun, fly through us every second.

Триллионы частиц нейтрино,

многие из которых образуются на Солнце, проходят ежесекундно через наш организм.

Measurements of weak interactions found that there are different kinds of neutrinos

Замеры слабого взаимодействия показали, что существуют различные типы нейтрино:

associated with the electron, muon, and tau.

электронное, мюонное и тау.

All these particles also have antimatter versions,

У всех этих частиц также есть «двойники» из антиматерии,

which have the opposite charge but are otherwise identical.

несущие противоположный заряд, но в остальном совершенно идентичные.

Matter and antimatter particles are produced in pairs in high-energy collisions,

Частицы материи и антиматерии образуются пáрами

в результате столкновения высокой энергией

и тут же аннигилируются при встрече с «двойником».

and they annihilate each other when they meet.

The final particle of the Standard Model is the Higgs boson

Последняя фундаментальная частица Стандартной модели

называется бозон Хиггса.

Это квант пульсации энергетического поля Вселенной.

– a quantum ripple in the background energy field of the universe.

Interacting with this field is how all the fundamental matter particles acquire mass,

Согласно Стандартной модели, при взаимодействии с этим полем

все элементарные частицы материи обретают массу.

according to the Standard Model.

The ATLAS Experiment on the Large Hadron Collider

Цель эксперимента ATLAS, проводимого на Большом адронном коллайдере,

is studying the Standard Model in-depth.

как раз и состоит в доскональном изучении Стандартной модели.

By taking precise measurements of the particles and forces that make up the universe,

Делая точные замеры частиц и взаимодействий, составляющих Вселенную,

ATLAS physicists can look for answers to mysteries

физики, занятые в эксперименте ATLAS, пытаются найти ответы на вопросы,

not explained by the Standard Model.

которые невозможно объяснить Стандартной моделью.

For example, how does gravity fit in?

Например, какова роль гравитации в описанных процессах?

What is the real relationship between force carriers and matter particles?

Или каковы реальные отношения

между частицами-переносчиками взаимодействия и частицами материи?

How can we describe “Dark Matter”,

Как описать тёмную материю, составляющую бо́льшую часть массы Вселенной,

which makes up most of the mass in the universe but remains unaccounted for?

но об этой материи мы практически ничего не знаем?

While the Standard Model provides a beautiful explanation for the world around us,

Стандартная модель элегантно объясняет, из чего состоит мир вокруг,

there is still a universe’s worth of mysteries left to explore.

но нам предстоит сделать ещё неизмеримое число открытий.