Из чего сделаны электроны?

Кажется, что электроны не состоят из каких-то еще более мелких частиц материи. Но из чего-то они же состоят.

На вопрос о том, из чего состоят протоны и нейтроны, есть, казалось бы, простой ответ: из кварков и глюонов. Однако, когда дело доходит до третьего компонента атомов – электронов, ответ не так очевиден.

Все дело в том, что, насколько нам известно, электроны – фундаментальные частицы. Другими словами, у них нет более мелких составляющих. Это не может быть доказано абсолютно точно, но все имеющиеся данные указывают именно на это. Возникает гораздо более сложный вопрос: каков состав фундаментальной частицы и чем он отличается у электронов и других частиц?

Слово «атом» происходит от греческого «неделимый», а определение атома основано на рассуждениях философа Демокрита о том, что материя должна состоять из чего-то настолько малого, что его нельзя разделить на еще меньшие части. Двадцать три века спустя мы обнаружили, что объекты, которые древние называли атомами, на самом деле не являются атомами в понимании Демокрита, имея как минимум две, а за исключением водорода, три составляющие.

После того, как ученые разобрались с составом протонов и нейтронов, легко было предположить, что это случай «черепах до самого низа»: мы будем продолжать открывать все меньшие и меньшие частицы, из которых состоит каждый обнаруженный нами уровень. Некоторые даже считали самонадеянностью думать, что именно их поколение откроет истинные фундаментальные частицы.

Однако электроны упорно сопротивлялись этой бесконечной регрессии. И даже спустя 125 лет после их открытия нет никаких признаков чего-то меньшего внутри них. Попытки найти составные частицы включают в себя как столкновение электронов друг с другом в надежде увидеть, что они высвобождают, так и попытки найти внутреннюю структуру при очень высоких энергиях. Но ни один из подходов ничего внутри не выявил.

За время исследований мы узнали, что электроны, как и всё настолько малое, являются одновременно и частицами, и волнами.

Были, конечно, предложения допустить существование некоторых гипотетических составляющих частиц для электронов, но физика, на которой они якобы основаны, не очень хорошо согласуется со Стандартной моделью физики элементарных частиц. Хотя и считается, что Стандартная модель не является полным описанием реальности, и предполагается существование не включенных в нее частиц, фундаментальная природа электрона не ставится под сомнение.

А если учесть, насколько электроны легче частиц атомного ядра, то неудивительно, что они не состоят из чего-то еще более маленького и легкого.

Итак, если у электронов нет более мелких частиц, из которых они состоят, существует ли какой-то неделимый материал, из которого они сделаны? Не материя, а какая-нибудь «электрония», например?

На таких уровнях уже становится трудно визуализировать (даже для людей, не страдающих афантазией). А так, как поиски еще более мелких частиц материи не приносят результатов, то физики описывают фундаментальные частицы как возбуждение поля. В случае с электроном это называется электронным полем.

Взаимодействия этого поля с другими полями придают электронам их свойства. Например, именно поле Хиггса придает частицам, включая электроны, их массу.

Согласны, описание чего-либо как возбуждения поля – не очень удовлетворительный ответ для не-физиков. Но, к сожалению (или, к счастью), Вселенная не делает ничего ради нашего удовлетворения. Ей все равно.

Так что, возбуждение поля – это лучшее описание, которое у нас пока есть.