К какой группе элементарных частиц относится электрон

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Элементарные частицы, в узком смысле — частицы, которые нельзя считать состоящими из других частиц. В современной физике термин «элементарные частицы» используют в более широком смысле: так называют мельчайшие частицы материи, подчиненные условию, что они не являются атомными ядрами и атомами (исключение составляет протон); иногда по этой причине элементарные частицы называют субъядерными частицами. Большая часть таких частиц (а их известно более 350) являются составными системами.

Элементарные частицы участвуют в электромагнитном, слабом, сильном и гравитационном взаимодействиях. Из-за малых масс элементарных частиц их гравитационное взаимодействие обычно не учитывается. Все элементарные частицы разделяют на три основные группы. Первую составляют так называемые бозоны — переносчики электрослабого взаимодействия. Сюда относится фотон, или квант электромагнитного излучения. Масса покоя фотона равна нулю, поэтому скорость распространения электромагнитных волн в вакууме (в т. ч. световых волн) представляет собой предельную скорость распространения физического воздействия и является одной из фундаментальных физических постоянных; принято, что с = (299792458±1,2) м/с.

Вторая группа элементарных частиц — лептоны, участвующие в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Известно 6 лептонов: электрон, электронное нейтрино, мюон, мюонное нейтрино, тяжелый τ-лептон и соответствующее нейтрино. Электрон (символ e) считается материальным носителем наименьшей массы в природе m_e, равной 9,1×10 -28 г (в энергетических единицах ≈0,511 МэВ) и наименьшего отрицательного электрического заряда e = 1,6×10 -19 Кл. Мюоны (символ μ — ) — частицы с массой около 207 масс электрона (105,7 МэВ) и электрическим зарядом, равным заряду электрона; тяжелый τ-лептон имеет массу около 1,8 ГэВ. Соответствующие этим частицам три типа нейтрино — электронное (символ ν_e), мюонное (символ ν_μ) и τ-нейтрино (символ ν_τ) — легкие (возможно, безмассовые) электрически нейтральные частицы.

Все лептоны имеют спин ½&#1115 (&#1115 — постоянная Планка), т.е. по статистическим свойствам являются фермионами (см. Статистическая термодинамика).

Каждому из лептонов соответствует античастица, имеющая те же значения массы, спина и других характеристик, но отличающаяся знаком электрического заряда. Существуют позитрон (символ e + ) — античастица по отношению к электрону, положительно заряженный мюон (символ μ + ) и три типа антинейтрино (символы ), которым приписывают противоположный знак особого квантового числа, называемого лептонным зарядом (см. ниже).

Третья группа элементарных частиц — адроны, они участвуют в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях. Адроны представляют собой «тяжелые» частицы с массой, значительно превышающей массу электрона. Это наиболее многочисленная группа элементарных частиц. Адроны делятся на барионы — частицы со спином ½&#1115, мезоны — частицы с целочисленным спином (0 или 1); а также так называемые резонансы — короткоживущие возбужденные состояния адронов. К барионам относят протон (символ p) — ядро атома водорода с массой, в ~ 1836 раз превышающей m_e и равной 1,672648×10 -24 г (≈938,3 МэВ), и положительным электрическим зарядом, равным заряду нейтрон (символ n) — электрически нейтральная частица, масса которой немного превышает массу протона. Из протонов и нейтронов построены все атомные ядра, именно сильное взаимодействие обусловливает связь этих частиц между собой. В сильном взаимодействии протон и нейтрон имеют одинаковые свойства и рассматриваются как два квантовых состояния одной частицы — нуклона с изотопическим спином ½&#1115 (см. ниже). Барионы включают и гипероны — элементарные частицы с массой больше нуклонной: Λ-гиперон имеет массу 1116 МэВ, Σ-гиперон — 1190 МэВ, Θ-гиперон — 1320 МэВ, Ω-гиперон — 1670 МэВ. Мезоны имеют массы, промежуточные между массами протона и электрона (π-мезон, K-мезон). Существуют мезоны нейтральные и заряженные (с положительным и отрицательным элементарным электрическим зарядом). Все мезоны по своим статистическим свойствам относятся к бозонам.

Основные свойства элементарных частиц

Каждая элементарная частица описывается набором дискретных значений физических величин (квантовых чисел). Общие характеристики всех элементарных частиц — масса, время жизни, спин, электрический заряд.

В зависимости от времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными (в пределах точности современных измерений) являются: электрон (время жизни более 5×10 21 лет), протон (более 10 31 лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относятся частицы, распадающиеся вследствие электромагнитного и слабого взаимодействий, их времена жизни более 10 -20 с. Резонансы распадаются за счет сильного взаимодействия, их характерные времена жизни 10 -22 – 10 -24 с.

Внутренними характеристиками (квантовыми числами) элементарных частиц являются лептонный (символ L) и барионный (символ В)заряды; эти числа считаются строго сохраняющимися величинами для всех типов фундаментальных взаимодействий. Для лептонных нейтрино и их античастиц L имеют противоположные знаки; для барионов В = 1, для соответствующих античастиц В=-1.

Для адронов характерно наличие особых квантовых чисел: «странности», «очарования», «красоты». Обычные (нестранные) адроны — протон, нейтрон, π-мезоны. Внутри разных групп адронов имеются семейства частиц, близких по массе и со сходными свойствами по отношению к сильному взаимодействию, но с различными значениями электрического заряда; простейший пример – протон и нейтрон. Общее квантовое число для таких элементарных частиц – так называемый изотопический спин, принимающий, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. К особым характеристикам адронов относится и внутренняя четность, принимающая значения ±1.

Важное свойство элементарных частиц – их способность к взаимопревращениям в результате электромагнитных или других взаимодействий. Один из видов взаимопревращений — так называемое рождение пары, или образование одновременно частицы и античастицы (в общем случае — образование пары элементарныех частиц с противоположными лептонными или барионными зарядами). Возможны процессы рождения электрон-позитронных пар e — e + , мюонных пар μ + μ — новых тяжелых частиц при столкновениях лептонов, образование из кварков cc— и bb-состояний (см. ниже). Другой вид взаимопревращений элементарных частиц — аннигиляция пары при столкновениях частиц с образованием конечного числа фотонов (γ-квантов). Обычно образуются 2 фотона при нулевом суммарном спине сталкивающихся частиц и 3 фотона — при суммарном спине, равном 1 (проявление закона сохранения зарядовой четности).

При определенных условиях, в частности при невысокой скорости сталкивающихся частиц, возможно образование связанной системы — позитрония e — e + и мюония μ + e — . Эти нестабильные системы, часто называемые водородоподобными атомами. Их время жизни в веществе в большой степени зависит от свойств вещества, что позволяет использовать водородоподобные атомы для изучения структуры конденсированного вещества и кинетики быстрых химических реакций (см. Мезонная химия, Ядерная химия).

Кварковая модель адронов

Детальное рассмотрение квантовых чисел адронов с целью их классификации позволило сделать вывод о том, что странные адроны и обычные адроны в совокупности образуют объединения частиц с близкими свойствами, названные унитарными мультиплетами. Числа входящих в них частиц равны 8 (октет) и 10 (декуплет). Частицы, входящие в состав унитарного мультиплета, имеют одинаковые спин и внутреннюю четность, но различаются значениями электрического заряда (частицы изотопического мультиплета) и странности. С унитарными группами связаны свойства симметрии, их обнаружение явилось основой для вывода о существовании особых структурных единиц, из которых построены адроны, – кварков. Считают, что адроны представляют собой комбинации 3 фундаментальных частиц со спином ½: n-кварков, d-кварков и s-кварков. Так, мезоны составлены из кварка и антикварка, барионы – из 3 кварков.

Допущение, что адроны составлены из 3 кварков, было сделано в 1964 (Дж.Цвейг и независимо от него М.Гелл-Ман). В дальнейшем в модель строения адронов (в частности, для того чтобы не возникало противоречия с принципом Паули) были включены еще 2 кварка — «очарованный» (с) и «красивый» (b), а также введены особые характеристики кварков — «аромат» и «цвет». Кварки, выступающие как составные части адронов, в свободном состоянии не наблюдались. Все многообразие адронов обусловлено различными сочетаниями n-, d-, s-, с— и b-кварков, образующих связные состояния. Обычным адронам (протону, нейтрону, π-мезонам) соответствуют связные состояния, построенные из n— и d-кварков. Наличие в адроне наряду с n— и d-кварками одного s-, с— или b-кварка означает, что соответствующий адрон — «странный», «очарованный» или «красивый».

Кварковая модель строения адронов подтвердилась в результате экспериментов, проведенных в конце 60-х – начале 70-х гг. XX в. Кварки фактически стали рассматриваться как новые элементарные частицы – истинно элементарные частицы для адронной формы материи. Ненаблюдаемость свободных кварков, по-видимому, носит принципиальный характер и дает основания предполагать, что они являются теми элементарными частицами, которые замыкают цепь структурных составляющих вещества. Существуют теоретические и экспериментальные доводы в пользу того, что силы, действующие между кварками, не ослабевают с расстоянием, т.е. для отделения кварков друг от друга требуется бесконечно большая энергия или, иначе говоря, возникновение кварков в свободном состоянии невозможно. Это делает их совершенно новым типом структурных единиц вещества. Возможно, что кварки выступают как последняя ступень дробления материи.

Краткие исторические сведения

Первой открытой элементарной частицей был электрон — носитель отрицательного электрического заряда в атомах (Дж.Дж.Томсон, 1897). В 1919 Э.Резерфорд обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, протоны. Нейтроны открыты в 1932 Дж.Чедвиком. В 1905 А.Эйнштейн постулировал, что электромагнитное излучение является потоком отдельных квантов (фотонов) и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта. Существование нейтрино как особой элементарной частицы впервые предложил В.Паули (1930); электронное нейтрино открыто в 1953 (Ф.Райнес, К.Коуэн).

При исследовании космических лучей были обнаружены: позитрон (К.Андерсон, 1932), мюоны обоих знаков электрического заряда (К.Андерсон и С.Неддермейер, 1936), π- и K-мезоны (группа С.Пауэлла, 1947; существование подобных частиц было предположено X.Юкавой в 1935). В конце 40-х – начfkt 50-х гг. были обнаружены «странные» частицы. Первые частицы этой группы — K + — и К — -мезоны, Λ-гипероны – были зафиксированы также в космических лучах.

С начала 50-х гг. ускорители превратились в основной инструмент исследования элементарных частиц. Были открыты антипротон (1955), антинейтрон (1956), анти- Σ-гиперон (1960), а в 1964 — самый тяжелый W-гиперон. В 1960-х гг. на ускорителях обнаружили большое число крайне неустойчивых резонансов. В 1962 выяснилось, что существуют два разных нейтрино: электронное и мюонное. В 1974 обнаружены массивные (в 3-4 протонные массы) и в то же время относительно устойчивые (по сравнению с обычными резонансами) частицы, которые оказались тесно связанными с новым семейством элементарных частиц — «очарованных», их первые представители открыты в 1976. В 1975 обнаружен тяжелый аналог электрона и мюона — τ-лептон, в 1977 — частицы с массой порядка десяти протонных масс, в 1981 — «красивые» частицы. В 1983 открыты самые тяжелые из известных элементарных частиц – бозоны W ± (масса ≈80 ГэВ) и Z° (≈91 ГэВ).

Таким образом, за годы, прошедшие после открытия электрона, выявлено огромное число разнообразных микрочастиц. Мир элементарных частиц оказался сложно устроенным, а их свойства во многих отношениях неожиданными.

Лит.: Коккедэ Я., Теория кварков, [пер. с англ.], М., 1971; Марков М.А., О природе материи, М., 1976; Окунь Л.Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990.

Читайте также:

Классификация элементарных частиц

Физика элементарных частиц тесно примыкает к физике атомного ядра. Это область современной физической науки основывается на квантовых представлениях и проникает в глубину материи, открывая все новые ее свойства и пытаясь изучить ее первоосновы. Прямое наблюдение таких материальных объектов является невозможным.

Замечание 1

Термином элементарные частицы в широком понимании обозначается обширная группа микрочастиц материи, не объединенных в атомы и ядра.

Первой открытой элементарной частицей был электрон. За все время изучения элементарных частиц выявлено около 400 микрочастиц материи, и процесс изучения и открытия новых частиц продолжается. Свойства элементарных частиц часто оказываются непредсказуемыми.

Статья: Классификация элементарных частиц

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Классификация элементарных частиц

Классификация элементарных частиц осуществляется на основе различных признаков, и является достаточно сложной.

Рисунок 1. Классификация элементарных частиц. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Классифицируются элементарные частицы по разным признакам. Так, элементарные частицы, которые различаются по характеру взаимодействия и по своим свойствам, подразделяются на две большие группы:

Определение 1

Фермионы – это частицы, имеющие полуцелый спин. К ним относятся: электрон, протон, нейтрон, кварки, нейтрино.

Бозоны – это частицы с целым спином, к ним относятся: фотон, мезон, глюон.

«Классификация элементарных частиц» ��
Помощь эксперта по теме работы
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Фермионы составляют вещество, а бозоны являются переносчиками взаимодействия. Взаимодействие между частицами бывает четырех видов, каждому из которых соответствует определенный тип бозонов: электромагнитное взаимодействие переносит квант света – фотон, сильные ядерные взаимодействия, связывающие кварки, переносятся глюонами. Слабые взаимодействия, которые участвуют в распаде частиц, переносятся векторными бозонами.

По типу взаимодействия элементарные частицы классифицируются следующим образом:

• составные частицы – адроны, которые принимают участие во всех видах взаимодействий. Общее число адронов около 400. Адроны состоят из кварков и в свою очередь, делятся на мезоны и барионы. Мезоны – это частицы с целочисленным спином (нулевым). Барионы – это частицы с полуцелым спином и массой не меньше массы протона. Все частицы являются нестабильными, исключая протон.
• фундаментальные частицы. Это бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего момента описать как составную не удалось. Такой термин в настоящее время применяется в больше части по отношению к лептонам и кваркам в совокупности с калибровочными бозонами.

Лептоны – это фермионы, имеющие вид точечных частиц, их масштабы составляют до 10-18 м. лептоны не принимают участие в сильных взаимодействиях, в электромагнитных взаимодействиях наблюдали участие только заряженных лептонов (мюоны, тау-лептоны, электроны), для нейтрино не наблюдалось. Современной физике известно 6 типов лептонов.

Кварки – это дробнозаряженные частицы, они входят в состав адронов. Эти частицы в свободном состоянии не наблюдались, отсутствие таких наблюдений объясняется механизмом конфайнмента.

Теория кварков

В 1964 году американский ученый М. Гелл-Ман выдвинул гипотезу, согласно которой все тяжелые фундаментальные частицы, адроны, построены из более фундаментальных частиц – кварков. Данная гипотеза возникла вследствие обилия открытых и открываемых адронов. Гипотеза Гелл-Мана была подтверждена исследованиями, на основе этой гипотезы не только удалось выяснить структуру уже открытых адронов, но и предположено существование новых.

Согласно предположению Гелл-Мана, существует три кварка и три антикварка, которые соединяются между собой в различных комбинациях. Таким образом, каждый барион состоит из трех кварков. Антибарион состоит из трех антикварков. Мезоны строятся из пар кварк-антикварк.

Кварки, так же, как и лептоны, делятся на 6 типов и относятся к бесструктурным частицам, но участвуют в сильном взаимодействии.

Калибровочные бозоны – это частицы, при помощи обмена которыми происходит взаимодействие. К ним относятся:

• Фотон – частица, которая переносит электромагнитное взаимодействие. Фотоны не имеют массы, однако способны переносить импульс и энергию;
• Восемь глюонов . это частицы, которые переносят сильное взаимодействие.
• Гравитон. Их существование в настоящее время не доказано экспериментально из-за слабости гравитационного взаимодействия. Гравитон – это гипотетическая частица, существование которой считается вероятным, поэтому он не относится к стандартной модели элементарных частиц.
• Адроны и лептоны составляют вещество. Калибровочные бозоны – это кванты разных видов изучения. Помимо этого, в Стандартной модели элементарных частиц присутствует хиггсовский бозон, существование которого экспериментально не доказано.

Таким образом, понятие элементарных частиц основано на факте дискретного строения вещества. Несмотря на сложную внутреннюю структуру ряда элементарных частиц разделение их на составные части невозможно.

Также элементарные частицы классифицируются следующим образом:

• в зависимости от массы. Частиц с одинаковыми массами не существует. Самой легкой частицей является электрон, самой тяжелой Z-частица, которая в 200 тыс. раз тяжелее электрона.
• в зависимости от электрического заряда. Заряд всегда кратен заряду электрона (-1). Ряд элементарных частиц не имеют заряда – фотон, нейтрино.
• в зависимости от спина. Спин – это собственный момент импульса частицы. По этому признаку частицы делятся на бозоны, частицы, имеющие целый спин -0,1,2 (фотон, его спин равен 1) и фермионы – частицы с полуцелыми спинами – ½, 3/2 (протон, электрон имеют спин ½). Частиц со спином больше 2 не существует.
• в зависимости от времени жизни различают частицы стабильные – к ним относятся электрон, протон, фотон и нейтрино) и нестабильные. Нестабильными являются все остальные частицы, их время жизни составляет от нескольких микросекунд.

Таким образом, в современной науке открыто огромное количество элементарных частиц. Наряду с элементарными частицами, входящими в Стандартную модель, существуют так называемые гипотетические элементарные частицы, их существование пока не доказано экспериментальным путем, однако имеется большая вероятность их существования. Классификация элементарных частиц достаточно сложная, осуществляется на основании многочисленных признаков. С открытием новых частиц, возможно, принятая классификация будет меняться.

ЭЛЕМЕНТА́РНЫЕ ЧАСТИ́ЦЫ

ЭЛЕМЕНТА́РНЫЕ ЧАСТИ́ЦЫ, пер­вич­ные (не­де­ли­мые) мель­чай­шие час­ти­цы, из ко­то­рых со­сто­ит вся ма­те­рия. Ис­то­ри­че­ски к пер­вым Э. ч. от­но­си­ли ато­мы, пока не бы­ла об­на­ру­же­на их слож­ная струк­ту­ра: атом со­сто­ит из атом­но­го яд­ра и вра­щаю­щих­ся во­круг не­го элек­тро­нов. От­кры­тие струк­ту­ры атом­ных ядер, по­стро­ен­ных из двух час­тиц, про­то­нов и ней­тро­нов, соб­ст­вен­но и ста­ло ро­ж­де­ни­ем фи­зи­ки Э. ч. К Э. ч. ста­ли от­но­сить про­то­ны , ней­тро­ны , элек­тро­ны и позд­нее ней­три­но . Вся на­блю­дае­мая во­круг нас ма­те­рия со­сто­ит из ато­мов, ко­то­рые, в свою оче­редь, со­сто­ят из про­то­нов, ней­тро­нов и элек­тро­нов, а ней­три­но ро­ж­да­ют­ся в про­цес­се рас­па­да ней­тро­на. Не­ко­то­рое вре­мя спус­тя бы­ло об­на­ру­же­но, что кро­ме этих час­тиц су­ще­ст­ву­ет ещё мно­го дру­гих, ко­то­рые, од­на­ко, име­ют очень ко­рот­кое вре­мя жиз­ни и поч­ти мгно­вен­но рас­па­да­ют­ся. На 2017 из­вест­но ок. 150 Э. ч., и чис­ло их воз­рас­та­ет.

Стандартная модель элементарных частиц для начинающих

«Мы задаёмся вопросом, почему группа талантливых и преданных своему делу людей готова посвятит жизнь погоне за такими малюсенькими объектами, которые даже невозможно увидеть? На самом деле, в занятиях физиков элементарных частиц проявляется человеческое любопытство и желание узнать, как устроен мир, в котором мы живём» Шон Кэрролл

Если вы всё ещё боитесь фразы квантовая механика и до сих пор не знаете, что такое стандартная модель — добро пожаловать под кат. В своей публикации я попытаюсь максимально просто и наглядно объяснить азы квантового мира, а так же физики элементарных частиц. Мы попробуем разобраться, в чём основные отличия фермионов и бозонов, почему кварки имеют такие странные названия, и наконец, почему все так хотели найти Бозон Хиггса.

Из чего мы состоим?

Ну что же, наше путешествие в микромир мы начнём с незатейливого вопроса: из чего состоят окружающие нас предметы? Наш мир, как дом, состоит из множества небольших кирпичиков, которые особым образом соединяясь, создают что-то новое, не только по внешнему виду, но ещё и по своим свойствам. На деле, если сильно к ним приглядеться, то можно обнаружить, что различных видов блоков не так уж и много, просто каждый раз они соединяются друг с другом по-разному, образуя новые формы и явления. Каждый блок — это неделимая элементарная частица, о которой и пойдёт речь в моём рассказе.

Для примера, возьмём какое-нибудь вещество, пусть у нас это будет второй элемент периодической системы Менделеева, инертный газ, гелий. Как и остальные вещества во Вселенной, гелий состоит из молекул, которые в свою очередь образованы связями между атомами. Но в данном случае, для нас, гелий немного особенный, потому что он состоит всего из одного атома.

Из чего состоит атом?

Атом гелия, в свою очередь, состоит из двух нейтронов и двух протонов, составляющих атомное ядро, вокруг которого вращаются два электрона. Самое интересное, что абсолютно неделимым здесь является лишь электрон.

Интересный момент квантового мира

Чем меньше масса элементарной частицы, тем больше места она занимает. Именно по этой причине электроны, которые в 2000 раз легче протона, занимают гораздо больше места по сравнению с ядром атома.

Нейтроны и протоны относятся к группе так называемых адронов (частиц, подверженных сильному взаимодействию), а если быть ещё точнее, барионов.

• Барионов, которые состоят из трёх кварков
• Мезонов, которые состоят из пары: частица-античастица

Нейтрон, как ясно из его названия, является нейтрально заряженным, и может быть поделён на два нижних кварка и один верхний кварк. Протон, положительно заряженная частица, делится на один нижний кварк и два верхних кварка.

Да, да, я не шучу, они действительно называются верхний и нижний. Казалось бы, если мы открыли верхний и нижний кварк, да ещё электрон, то сможем с их помощью описать всю Вселенную. Но это утверждение было бы очень далеко от истины.

Главная проблема — частицы должны как-то между собой взаимодействовать. Если бы мир состоял лишь из этой троицы (нейтрон, протон и электрон), то частицы бы просто летали по бескрайним просторам космоса и никогда бы не собирались в более крупные образования, вроде адронов.

Фермионы и Бозоны

Достаточно давно учёными была придумана удобная и лаконичная форма представления элементарных частиц, названная стандартной моделью. Оказывается, все элементарные частицы делятся на фермионы, из которых и состоит вся материя, и бозоны, которые переносят различные виды взаимодействий между фермионами.

Разница между этими группами очень наглядна. Дело в том, что фермионам для выживания по законам квантового мира необходимо некоторое пространство, а для бозонов почти не важно наличие свободного места.

Фермионы

Группа фермионов, как было уже сказано, создаёт видимую материю вокруг нас. Что бы мы и где ни увидели, создано фермионами. Фермионы делятся на кварки, сильно взаимодействующие между собой и запертые внутри более сложных частиц вроде адронов, и лептоны, которые свободно существуют в пространстве независимо от своих собратьев.

• Верхнего типа. К кваркам верхнего типа, с зарядом +2\3, относят: верхний, очарованный и истинный кварки
• Нижнего типа. К кваркам нижнего типа, с зарядом -1\3, относят: нижний, странный и прелестный кварки

• Первая группа, с зарядом «-1», к ней относят: электрон, мюон (более тяжёлую частицу) и тау-частицу (самую массивную)
• Вторая группа, с нейтральным зарядом, содержит: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино

Возникает вопрос, не найдут ли физики ещё несколько поколений частиц, которые будут еще более массивными, по сравнению с предыдущими. На него ответить трудно, однако теоретики считают, что поколения лептонов и кварков исчерпываются тремя.

Не находите никакого сходства? И кварки, и лептоны делятся на две группы, которые отличаются друг от друга зарядом на единицу? Но об этом позже.

Бозоны

Без них бы фермионы сплошным потоком летали по вселенной. Но обмениваясь бозонами, фермионы сообщают друг другу какой-либо вид взаимодействия. Сами бозоны же с друг другом практически не взаимодействуют.
На самом деле, некоторые бозоны всё же взаимодействуют друг с другом, но об этом будет рассказано более подробно в следующих статьях о проблемах микромира

Взаимодействие, передаваемое бозонами, бывает:

• Электромагнитным, частицы — фотоны. С помощью этих безмассовых частиц передаётся свет.
• Сильным ядерным, частицы — глюоны. С их помощью кварки из ядра атома не распадаются на отдельные частицы.
• Слабым ядерным, частицы — ±W и Z бозоны. С их помощью фермионы перекидываются массой, энергией, и могут превращаться друг в друга.
• Гравитационным, частицы — гравитоны. Чрезвычайно слабая в масштабах микромира сила. Становится видимой только на сверхмассивных телах.

Оговорка о гравитационном взаимодействии.
Существование гравитонов экспериментально ещё не подтверждено. Они существуют лишь в виде теоретической версии. В стандартной модели в большинстве случаев их не рассматривают.

Вот и всё, стандартная модель собрана.

Проблемы только начались

Несмотря на очень красивое представление частиц на схеме, осталось два вопроса. Откуда частицы берут свою массу и что такое Бозон Хиггса, который выделяется из остальных бозонов.

Для того, что бы понимать идею применения бозона Хиггса, нам необходимо обратиться к квантовой теории поля. Говоря простым языком, можно утверждать, что весь мир, вся Вселенная, состоит не из мельчайших частиц, а из множества различных полей: глюонного, кваркового, электронного, электромагнитного и.т.д. Во всех этих полях постоянно возникают незначительные колебания. Но наиболее сильные из них мы воспринимаем как элементарные частицы. Да и этот тезис весьма спорный. С точки зрения корпускулярно-волнового дуализма, один и тот же объект микромира в различных ситуациях ведёт себя то как волна, то как элементарная частица, это зависит лишь от того, как физику, наблюдающему за процессом, удобнее смоделировать ситуацию.

Поле Хиггса

Оказывается, существует так называемое поле Хиггса, среднее значение которого не хочет стремиться к нулю. В результате чего, это поле старается принять некоторое постоянное ненулевое значение во всей Вселенной. Поле составляет вездесущий и постоянный фон, в результате сильных колебаний которого и появляется Бозон Хиггса.
И именно благодаря полю Хиггса, частицы наделяются массой.
Масса элементарной частицы, зависит от того, насколько сильно она взаимодействует с полем Хиггса, постоянно пролетая внутри него.
И именно из-за Бозона Хиггса, а точнее из-за его поля, стандартная модель имеет так много похожих групп частиц. Поле Хиггса вынудило сделать множество добавочных частиц, таких, например, как нейтрино.

Итоги

То, что было рассказано мною, это самые поверхностные понятия о природе стандартной модели и о том, зачем нам нужен Бозон Хиггса. Некоторые учёные до сих пор в глубине души надеются, что частица, найденная в 2012 году и похожая на Бозон Хиггса в БАКе, была просто статистической погрешностью. Ведь поле Хиггса нарушает многие красивые симметрии природы, делая расчёты физиков более запутанными.
Некоторые даже считают, что стандартная модель доживает свои последние годы из-за своего несовершенства. Но экспериментально это не доказано, и стандартная модель элементарных частиц остаётся действующим образцом гения человеческой мысли.