ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ. Сейчас уже нет нужды доказывать, что все вещества состоят из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из ядра и электронов, ядра — из протонов и нейтронов. А из чего состоят протоны, нейтроны и электроны? В свое время эти частицы назвали элементарными, т. е. неделимыми, полагая, что при дальнейшем делении они могут превращаться во что угодно другое, но только не в какие-то иные частицы, т. е. их нельзя построить из других, более элементарных частиц.
Тем не менее ученые примерно лет десять назад приступили к упорному и систематическому штурму тайны строения элементарных частиц и в первую очередь нуклонов — протонов и нейтронов.
Как и вообще в ядерной физике, для этого открывались, собственно, два основных направления. Первое — попытаться разбить, раздробить, если возможно, элементарную частицу на какие-то ее составные (если таковые имеются) части. Единственный способ достичь этого — разгонять другие такие же частицы до скоростей, насколько возможно близких к скорости света, а затем обстреливать этими «снарядами» элементарные частицы в атомах других веществ, например ускоренными протонами — ядра атомов ионизированного водорода (тоже протоны), протонами или альфа-частицами — протоны и те же альфа-частицы и т. п. Требуемые для этого энергии (порядка сотен миллионов и миллиардов электрон-вольт) могли быть получены только с помощью мощных ускорителей заряженных частиц. Сначала большим достижением считались ускорители, разгоняющие заряженные частицы до энергий в десятки миллионов, затем в сотни миллионов и, наконец, в десятки миллиардов электронвольт.
Второй путь — это, если так можно выразиться, путь «прощупывания» строения элементарных частиц. Заключается он в известном еще из оптики явлении, что чем мельче рассматриваемый предмет, тем короче должна быть длина волны света электромагнитного излучения, освещающего этот предмет. Если волна окажется длиннее такого предмета, она просто его обогнет, и мы ничего не увидим, если короче, то она отразится, и мы увидим освещенный предмет. Поэтому максимальное оптическое увеличение можно получить, освещая изучаемый предмет ультрафиолетовыми лучами, невидимыми человеческому глазу, но могущими быть зафиксированными фотопластинкой.
После открытия де Бройлем волновых свойств у любых движущихся с большой скоростью частиц предоставилась возможность создать электронный микроскоп, в котором ускоренные до энергий 100 кэв и больше электроны позволяют рассматривать тела, имеющие поперечник всего в несколько ангстрем (1 ангстрем равен 10~8 см).
Согласно выведенной де Бройлем формуле, чем тяжелее частица и чем быстрее она летит, тем более короткая длина волны ставится ей в соответствие Выходило, что если ускорить пучок электронов до энергии порядка нескольких сот миллионов электронвольт, то их волна станет столь короткой и сопоставимой с размерами ядерных частиц, что ею можно как бы «прощупать» строение ядра атома. По отражению и рассеянию этих волн удалось определить размеры составляющих это ядро нуклонов. А если поток электронов разогнать до энергии порядка нескольких десятков миллиардов электронвольт, то длина волны электронов станет во много раз короче поперечника нуклонов.
С помощью таких волн предоставится возможность установить строение и самих протонов и нейтронов.
С тех пор, как на вооружение ученых начала поступать мощная «атомная артиллерия», открытия последовали одно за другим, и в первую очередь были получены новые частицы. Энергии в миллионы электронвольт оказалось достаточно, чтобы среди осколков «микрокатастроф» обнаружить положительно заряженный электрон — позитрон. Ускорители на сотни миллионов электронвольт позволили получать искусственным путем мезоны, впервые обнаруженные в составе космических лучей.
Создание ускорителей на энергии в миллиарды электронвольт привело к открытию античастиц — антипротона, антинейтрона и других частиц, по физическим свойствам полностью противоположных обычным элементарным частицам — протону, нейтрону  и  др.
К настоящему времени известно уже 16 элементарных частиц и примерно столько же античастиц. Если же включить в этот список еще и очень корот-коживущие частицы, то общее количество известных элементарных частиц достигнет примерно 200! Большинство этих частиц неустойчиво. Спустя ничтожно короткое время они распадаются, превращаясь после ряда радиоактивных распадов с испусканием бета-частиц в немногие, уже устойчивые частицы с меньшей массой: электроны, протоны и нейтрино, или в соответствующие им античастицы, которые в принципе также устойчивы (см. Бета-распад).
Насколько удалось установить до сего дня, ни одну из известных элементарных частиц нельзя разложить на более мелкие составные части. Все они считаются элементарными потому, что под этим понимается отсутствие у них структуры.
К числу неустойчивых принадлежат два класса частиц. К одному из них относятся частицы тяжелее электрона, но легче протона. Их называют м е-з о н ы. К другому классу принадлежат частицы тяжелее протона. Их называют гипероны. При распаде гиперонов всегда образуются нуклоны. Известны мезоны следующих типов: мю-мезоны, пи-мезоны и Я-мезоны. Масса мю-г.тезона составляет примерно 1/8 массы протона, масса пи-мезона — примерно 1/7 и масса Я-мезона — около половины массы протона. Мю-мезоны могут быть лишь отрицательными или положительными. Нейтрального мю-мезона не существует. Не считая массы, мю-ме-зон, по-видимому, полностью подобен электрону, и его можно рассматривать как тяжелый электрон. Однако в природе других тяжелых электронов не встречается.
Античастица   отрицательного   мю-мезона —
положительный мю-мезон Вследствие суще-
ствования универсального взаимодействия отрицательный мю-мезон должен распадаться на электрон и два нейтрино (|j."->- е~-\- v + v") с периодом полураспада 2,2 -10~6 сек.
Благодаря этому взаимодействию все три частицы имеют много общего, и поэтому их назвали лептой а м и,
Пи-мезоны бывают отрицательные, положительные и нейтральные (л", л+, л°). Античастицей по отношению к положительному пи-мезону является отрицательный пи-мезон. Подобно фотону нейтральный пи-мезон тождествен со своей античастицей.
Предсказанный японским физиком Юкавой в 1935 году — за 12 лет до его открытия — пи-мезон ответствен за появление в ядре атома так называемых ядерных сил. Ими непрерывно обмениваются между собой нуклоны, примерно так же, как проявление электрических сил объясняется непрерывным испусканием и поглощением электрическим зарядом квантов электромагнитного излучения. Пи-мезоны легко получить путем соударений протонов с энергией в несколько сот миллионов электронвольт. В этом случае происходит прямое превращение кинетической энергии нуклонов в массу покоя пи-мезона.
Возможна целая гамма разнообразных реакций:
а) протон -f протон = протон + нейтрон + положительный пи-мезон;
б) протон + нейтрон = протон -f- протон + отрицательный  пи-мезон;
в) гамма-квант + протон = нейтрон + положительный мезон;
д) гамма-квант + нейтрон = протон + отрицательный пи-мезон и т. д.
Получаемые на мощных ускорителях частиц заряженные пи-мезоны (время жизни 2,56-Ю-8 сек) распадаются по следующим схемам: положительный пи-мезон — положительный мю-мезон -f нейтрино или позитрон-{-нейтрино; отрицательный пи-мезон— — отрицательный мю-мезон -j- антинейтрино или электрон + антинейтрино. Нейтральный пи-мезон (время жизни 1,8- Ю-16 сек) распадается значительно быстрее, но только на два фотона.
Сравнительно недавно открыт Я-мезон. Известны положительные и нейтральные Я-мезоны (К+ и К0) с соответствующими античастицами: отрицательный К~- и нейтральный Л"°-мезоны. Благодаря большой массе /Г-мезон имеет и больше различных возможностей распада. Время жизни заряженного Я-мезона равно 1,23-10"8 сек   (см.   Мезоны).
Гиперонов — элементарных частиц тяжелее протонов — существует три разновидности. Их обозначают заглавными буквами греческого алфавита: Л (ламбда), 2 (сигма) и S (кси).
И совсем недавно была открыта еще одна элементарная частица: омёга-минус-частица. Все гипероны распадаются на нуклоны. У каждого гиперона существует античастица с противоположным знаком (см.  Гипероны).
Мир элементарных частиц оказывается исключительно богатым как разнообразием самих частиц, так и видами их взаимодействий и взаимопревращений.