Nuostabiai paprasta ir patraukli schema: remiantis tik penkių rūšių elementariosiomis dalelėmis, įmanoma pagal kvantinės mechanikos dėsnius paaiškinti visus gamtoje vykstančius procesus.
Tačiau… šio tariamojo paprastumo jau neliko.

Senovės Graikijos filosofas Aristotelis (384-322 pr. Kr.) manė, jog pasaulis sudarytas iš keturių pagrindinių substancijų – žemės, oro, ugnies ir vandens. Tai buvo savotiškos gamtos „elementariosios dalelės“. XXa. ketvirto dešimtmečio pradžioje buvo sukurtas naujas ir įtikinamesnis medžiagos sandaros aprašymas, pagrįstas keturiais elementariųjų dalelių tipais – protonais, neutronais, elektronais ir fotonais. Tai buvo nuostabiai paprasta ir patraukli schema: remiantis tik keturių rūšių elementariosiomis dalelėmis, įmanoma pagal kvantinės mechanikos dėsnius paaiškinti cheminių elementų, jų junginių ir jų skleidžiamų spindulių prigimtį. Pridėjus penktąją dalelę – neutriną, pasisekė paaiškinti ir radioaktyvaus skilimo procesus.

Tačiau… šio tariamojo paprastumo greitai neliko. Nepraėjus nė metams po neutrino atradimo, buvo atrastas pozitronas. 1936m. tarp kitų kosminių spindulių sąveikos su medžiaga produktų buvo atrastas pirmasis mezonas. 1947m. buvo pastebėtas kitos rūšies mezonas, o netrukus po to – dar kitokios prigimties mezonai ir kitos neįprastos dalelės. Veikiant kosminiams spinduliams, šios dalelės atsirasdavo taip retai, kad iš pradžių buvo neįmanoma nuodugniai ištirti nei jų savybių, nei sąveikų. Įrengus greitintuvus, leidžiančius kurti vis didesnių energijų daleles, pavyko ne tik atlikti tokius tyrimus, bet ir atrasti dar labai daug naujų dalelių.

Šiuo metu žinoma daugiau kaip šimtas skirtingų mezonų ir kitų dalelių, pasižyminčių keistomis savybėmis. Jų masė gali būti nuo 200 elektrono masių iki kelis kartus didesnių už protono masę. Visos šios naujos dalelės gyvuoja labai trumpai: nė viena ne ilgiau kaip keletą mikrosekundžių, o kai kurios dalelės suskyla maždaug po 10^(-23)s nuo atsiradimo. Galutiniai šių dalelių skilimo produktai – mums jau pažįstamos sudėtinės medžiagos dalys: protonai, neutronai, elektronai, fotonai; taip pat ir neutrinai.

Elementariųjų dalelių rūšių gausumas iškėlė painų klausimą: kas sudaro pačią materijos esmę? Kokį vaidmenį kiekviena iš šių dalelių vaidina pagrindiniuose procesuose, vykstančiuose subatominėse srityse? Priežastis, kodėl egzistuoja tiek daug savo savybėmis neįprastų elementariųjų dalelių, nelabai aiški.

Elementariųjų dalelių teoriją pradėjo P. Dirakas 1928m., į kvantinę mechaniką įvedęs reliatyvumo teoriją. Prieš tai į kvantinę teoriją teko įvesti kaip prielaidą elektrono savojo magnetinio momento vertę. Remdamasis savo reliatyvistine kvantine mechanika, Dirakas galėjo tiesiogiai apskaičiuoti elektrono magnetinio momento vertę, ir ji sutapo su eksperimentine (nustatytoji magnetinio momento vertė vėliau buvo truputį patikslinta, remiantis kvantine elektrodinamika). Tai buvo didelė pergalė, bet Dirako teorija pateikė dar vieną svarbų (ir visai nelauktą) rezultatą. Reliatyvistinė Dirako lygtis aprašė ne tik dalelę, kuri visiškai atitiko elektroną: ji kartu aprašė ir dalelę, visais atžvilgiais panašią į elektroną išskyrus tai, jog jos krūvis buvo ne e-, o e+. Antimedžiaga? Taip, bet apie ją kitąkart 🙂 .