Эксперименты показали, что явле­ние фотоэффекта обусловлено воздействием света опреде­ленной частоты, а не интенсивностью светового воздействия. Эффект возникает лишь в том случае, если энергия фотона, а следовательно, и его частота достаточно велика для пре­одоления сил связи электрона с веществом. Открытое в 1923 году американским физиком А.Х. Комптоном явление (эффект Комптона)

, которое отмечается при воздействии очень жесткими рентгеновскими лучами на ато­мы со свободными электронами, вновь окончательно под­твердило квантовую теорию света. Противоречия корпускулярно-волновых свойств микро­объектов являются лишь кажущимися. Это результат не­контролируемого взаимодействия микрообъектов и макро­приборов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других — подобно части­цам.

В экспериментах мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимодействия прибора с макрообъектом. М. Бори образ­но заметил, что волны и частицы — это «проекции» физичес­кой реальности на экспериментальную ситуацию. Обе картины, корпускулярная и волновая оправданы, они дополняют друг друга, т. е. комплиментарны и вместе дают картину микромира.

На основе системы формул волновой механики были предсказаны новые элементарные частицы. Исследова­ния в области элементарных частиц представляют собой изу­чение глубинного уровня структурной организации материи. Элементарные частицы как глубинный уровень структурной организации материи Своего рода первокирпичики имеются для каждой фор­мы движения материи.

На уровне, изучаемом физикой, роль таких первокирпичиков выполняют фундаментальные час­тицы — кварки, которые не имеют внутренней структуры. Это мельчайшие частицы вещества — поля, точное местонахождение которых трудно определить даже самыми точ­ными приборами. В качестве первой элементарной частицы в конце XIX в. был открыт электрон, а затем в первые десятилетия XX ве­ка — фотон, протон, позитрон и нейтрон.

Термин «элемен­тарные» по отношению к мельчайшим частицам первона­чально означал их неделимость. Однако вскоре ученые осоз­нали всю условность этого названия. В 1932 году был открыт нейтрон и создана нейтронно-протонная модель атомного ядра. В результате из атомной физики выделилось самостоятельное, бурно развивающее­ся направление ядерная физика.

Ядерная физика изучает структуру и свойства атомных ядер. Она исследует также взаимопревращения атомных ядер, происходящие в результате как радиоактивных распа­дов, так и различных ядерных реакций. К ядерной физике тесно примыкают физика элементарных частиц, физика и техника ускорителей заряженных частиц, ядерная энергети­ка. Ядерно-физические исследования имеют огромное чис­то научное значение, позволяя продвигаться в понимании строения материи и в то же время чрезвычайно важны в практическом отношении (в энергетике, медицине и т. д.).

После второй мировой войны, благодаря использованию со­временной экспериментальной техники, и прежде всего мощ­ным ускорителям, в которых создаются условия высоких энергий и громадных скоростей, было установлено существо­вание большого числа элементарных частиц — свыше 300. Среди них имеются как экспериментально обнаруженные, так и теоретически вычисленные, включая резонансы, квар­ки, виртуальные частицы.

Основными характеристиками элементарных частиц яв­ляются масса, заряд, среднее время жизни, спин и кванто­вые числа. Масса покоя элементарных частиц определяет сред­ние частицы с массой покоя в пределах от одной до тысячи масс электрона. Некоторые частицы, например, фотоны, не имеют массы покоя. Остальные частицы по величине мас­сы покоя делятся на три группы. Лептоны — легкие частицы (электрон и нейтрино)

; мезоны — средние частицы с массой покоя в пределах от одной до тысячи масс электро­на; барионы — тяжелые частицы, чья масса превышает ты­сячу масс электрона и в состав которых входят протоны, нейтроны, гипероны и многие резонансы. Электрический заряд является важнейшей характе­ристикой элементарных частиц. Каждой частице, кроме фо­тона и двух мезонов, соответствуют античастицы с проти­воположным зарядом.

Спин характеризует момент количества микрочасти­цы. Вместе с понятием «квантовое число» он характери­зует состояние элементарной частицы. Характеристикой элементарных частиц являются так­же взаимодействия. В природе различают четыре вида фундаментальных взаимодействий: сильное, электромаг­нитное, слабое и гравитационное. Свойства элементарных частиц определяются, в основном, первыми тремя видами взаимодействия.

Сильное взаимодействие существует на уровне атом­ных ядер и представляет собой взаимное притяжение и от­талкивание их составных частей. Оно действует на расстоя­нии порядка 10-13 см. При определенных условиях сильное вза­имодействие очень прочно связывает частицы, в результате чего образуются материальные системы с высокой энергией связи — атомные ядра.

Именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми и их трудно разрушить. Час­тицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, называ­ются лептонами (например, электроны, мюоны, нейтрино). Электромагнитное взаимодействие примерно в ты­сячу раз слабее сильного, но значительно более дальнодействующее. Взаимодействие такого типа свойственно элект­рически заряженным частицам.

Носителем электромагнит­ного взаимодействия является не имеющий заряда фотон— квант электромагнитного поля. В процессе электромагнит­ного взаимодействия электроны и атомные ядра соединя­ются в атомы, а атомы в молекулы. Можно сказать, что это взаимодействие является основным на макроуровне орга­низации материи. Слабое взаимодействие возможно между различны­ми частицами.