Почему частицы материи образуют «тройки»? [часть 1]

Вселенная изготовила разные виды причудливых и красивых форм материальных объектов, от пылающих звезд до мурлыкающих кошек, из всего лишь трех основных ингредиентов. Электроны и два типа кварков, названные «верхний» и «нижний», смешивающихся различными способами, чтобы произвести каждый существующий атом.

Но, как ни странно, это семейство частиц материи - верхнего кварка, нижнего кварка и электрона - не единственное. Физики обнаружили, что они составляют первое из трех последовательных «поколений» частиц, каждое из которых тяжелее предыдущего. Частицы второго и третьего поколения слишком быстро превращаются в своих более легких собратьев, чтобы сформировать экзотических кошек, но в остальном они ведут себя идентично. Как будто законы природы составлены «тройными». «Мы не знаем почему», - говорит Хизер Логан (Heather Logan), физик элементарных частиц в Университете Карлтона (Carleton University).

В 1970-х годах, когда физики впервые разработали Стандартную модель физики элементарных частиц - все еще действующий набор уравнений, описывающих известные элементарные частицы и их взаимодействия, - они искали какой-то глубокий принцип, который объяснил бы, почему существуют три поколения частиц материи каждого типа. Никто не взломал этот код, и вопрос был на долгие годы отложен. Однако теперь нобелевский лауреат по физике Стивен Вайнберг (Steven Weinberg), один из архитекторов Стандартной модели, возродил старую загадку. Вайнберг, которому уже 86 лет, и он по прежнему профессор Техасского университета в Остине (University of Texas, Austin), в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review D, заявил, что интригующая закономерность в массах частиц может продвинуть нас вперед в понимании этой тайны.

«Работа Вайнберга - это проблеск во тьме», - сказал Энтони Зи (Anthony Zee), физик-теоретик из Калифорнийского университета (University of California) в Санта-Барбаре. «Титан в этой области неожиданно снова работает над этими проблемами».
Стандартная модель не предсказывает, почему каждая частица имеет массу, которую она имеет. Физики измеряют эти значения экспериментально и вручную включают результаты в уравнения. Измерения показывают, что крошечный электрон весит 0,5 мегаэлектрон вольт (МэВ), в то время как его аналоги второго и третьего поколений, называемые мюон и тау-частица, наклоняют чашу весов при 105 и 1776 МэВ соответственно. Аналогично, верхние и нижние кварки первого поколения имеют относительными легкие веса, в то время как «очарованные» и «странные» кварки, составляющие второе поколение кварков, являются средними весами, а «верхний» и «нижний» кварки третьего поколения являются тяжелыми, максимально весящие чудовищные 173 210 МэВ.