Теория - великое объединение
Cтраница 2
Современные представления об эволюции ранней и сверхранней Вселенной неотделимы от прогресса в физике элементарных частиц. Как ясно из результатов предыдущего раздела, чем ближе к началу, тем выше была температура, так что существовал момент времени, когда были возбуждены все мыслимые степени свободы и Вселенная представляла собой равновесную плазму всех сортов частиц, которые могут существовать в природе. Развитые в последнее десятилетие теории Великого объединения взаимодействий частиц, несмотря на их незавершенность, указывают, что при энергиях порядка 10 ГзВ происходит объединение сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий. [16]
Возможны разные конкретные механизмы, которые могли бы привести к появлению незначительной асимметрии между числом кварков и антикварков. Согласно одной из гипотез в ранний период Вселенная, помимо других частиц, содержала предсказываемые теорией великого объединения ( о ней будет рассказано в 12.1) очень тяжелые Х - и Х - частицы, количество которых было одинаковым. [17]
Идея, позволившая объяснить одновременно происхождение барион-ной асимметрии Вселенной и малость величины п / пт, была высказана А. Д. Сахаровым в 1966 г. и в дальнейшем развита как им самим, так и другими учеными. Однако идея Сахарова включала также революционную гипотезу о несохранении барионного заряда, противоречившую существовавшим в то время представлениям, но ставшую неотъемлемой частью созданной позднее теории великого объединения, а также некоторых других концепций. [18]
На этом, как мне кажется, заканчивается список теорий - претендентов на звание ПОЛЕЗНЫХ И. Существует много идей, пользующихся в настоящее время ( или пользовавшихся до недавнего времени) широкой популярностью. Среди них теории Калу-цы - Клейна; суперсимметрия ( или супергравитация); все еще чрезвычайно модные теории струн ( или суперструн); а также теории великого объединения, равно как и отдельные порожденные ими идеи, например, инфляционный сценарий ( см. примечание 13 на с. Важное различие между категориями ПОЛЕЗНЫХ и ПРОБНЫХ теорий состоит в том, что последние не подкреплены надежными экспериментальными данными И. Это отнюдь не означает, что какая-нибудь из них не может неожиданно возвыситься до разряда ПОЛЕЗНОЙ и даже ПРЕВОСХОДНОЙ. Некоторые из упомянутых выше теорий содержат оригинальные и весьма многообещающие идеи, пока, правда, не получившие достаточного экспериментального подтверждения. Категория ПРОБНЫХ теорий охватывает весьма широкий диапазон. Не исключено, что концепции, встречающиеся в отдельных теориях подобного рода, несут в себе зерна новых достижений в понимании природы - но в то же время другие из них на удивление неправдоподобны и вполне могут ввести своих сторонников в заблуждение. [19]
Киржницем я познакомился в середине 50 - х годов у Парийских на Чистых прудах и во время традиционных байдарочных походов, которые организовывали сотрудники теоротдела ФИАН на майские праздники. Я и моя жена - однокашники Ю.Н. Парийского по астрономической группе МГУ, а он - сын Лидии Викторовны и астрофизика-геофизика Николая Николаевича Парийского. Лидия Викторовна долгое время работала в теоротделе и была главным организатором походов и главным хранителем информации о множестве событий, связанных со многими интересными людьми на фоне радикальных изменений в нашей стране. При этом обсуждались самые животрепещущие вопросы бурно развивающихся в эти годы физики и астрофизики: зависимость период-светимость для пульсирующих звезд - цефеид и метод определения с их помощью расстояний до внегалактичесих объектов, син-хротронное излучение Крабовидной туманности - остатка взрыва сверхновой звезды 1054 г., экспериментальное доказательство существования нейтрино и антипротона, создание квантовых генераторов - мазеров в лаборатории и их открытие в космосе, молекулярная природа генетического кода, термоядерное горение вещества в недрах звезд и образование наблюдаемой распространенности химических элементов, запуск первых спутников, посадка аппарата на Луну, Гагарин и начало научных исследований из космоса, теория сверхпроводимости с образованием куперовских пар, теория Великого объединения, первые поиски сигналов от Внеземных цивилизаций, открытие квазаров, гипотеза о существовании кварков - все это и многое другое было сделано всего за десяток лет ( - 1955 - 1965) после нашего окончания университета и после прихода из Горького в ФИАН ( 1954) и очень волновало участников дискуссий у костра. [20]
Что удерживает протоны в ядре. Ведь, имея одноименные ( положительные) заряды, они должны были бы испытывать электростатическое отталкивание. Помимо уже из - / вестных нам взаимодействий, гравитационного и электромагнитного, физики постулировали существование слабого и сильного взаимодействий; последнее и удерживает протоны и нейтроны в ядре. Ученые ведут исследования по созданию так называемой теории Великого объединения, унифицирующей сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия. [21]
Паули, хорошо знакомый с работами по единой теории поля и одно время активно работавший в этой области, был чем-то вроде Мефистофеля при Фаусте-Эйнштейне. Он любил повторять, что не человеку объединять то, что разделил господь; позднее оказалось, что это замечание хотя и остроумно, но не справедливо. Попытки объединить эти силы с сильными взаимодействиями позволили создать многообещающие, но еще не окончательные теории, известные под названием теорий великого объединения. [22]
Эта новая теория была разработана в 60 - е годы Глешоу, Вайнбергом и Саламом. В ней электромагнетизм и слабое взаимодействие объединяются нетривиальным образом. Слабое поле приобретает кванты, а именно W - и Z-бозоны, которые более чем в 80 раз тяжелее протона. Обнаружение всех этих объектов окончательно утвердило теорию Салама - Вайнберга в роли истинной теории слабых взаимодействий. Слабое и электромагнитное взаимодействия теперь объединены. Следующим естественным объектом для размышлений представляется некая теория великого объединения ( ТВО), которая объединяла бы электрослабое взаимодействие с сильным взаимодействием ( КХД), однако в момент, когда пишутся эти строки ( 1983), нет определенных свидетельств в пользу того, что великое объединение сил природы действительно существует. [23]
 |
Изменение констант различных взаимодействий в зависимости от их энергии ( по. [24] |
Коротко подведем итоги обсуждения. Изменения а, относительно изменений других постоянных являются малыми и поэтому не показаны на рисунке. Возникает естественный вопрос о проверке полученных в теории результатов. Напомним, что предсказания теории электрослабого взаимодействия были проверены в прямых экспериментах на мощных ускорителях. Однако ускорители с энергиями 1015 ГэВ ( характерная энергия ТВО) и выше создать на Земле практически невозможно, поэтому проверка выводов теории Великого объединения по исследованию распада протона является косвенной. Каким образом можно проверить данные, относящиеся к еще большим энергиям. На выручку теории элементарных частиц приходит космология. Поэтому на верхней шкале рис. 74 и отложено время, прошедшее с начала расширения Вселенной. [25]
Изучением взаимодействия объекта с полем занимаются с тех пор, как появились представления о полях. Сначала это были гравитационное и электростатическое поля, а затем электромагнитное поле, поля слабого и сильного взаимодействия. Длительное время предпринимаются настойчивые попытки обнаружить гравитационные волны. Связь электромагнитного поля и слабого взаимодействия установлена в многочисленных экспериментах по несохранению четности. Теперь на очередь поставлена проблема Великого объединения, и объектом исследования стал протон. Обнаружение нестабильности протона может быть сильным аргументом в пользу теории Великого объединения. [26]
Физические концепции и формальный аппарат квантовой теории поля ( КТП) представляют собой единственную логически последовательную основу для описания взаимодействий элементарных частиц. Подчеркнем, что понятие элементарности меняется со временем. Согласно современным представлениям, основными структурными составляющими материи являются кварки и лептоны, описываемые фермионными квантовыми полями. В последние два десятилетия КТП развивалась чрезвычайно интенсивно. Наряду с квантовой электродинамикой ( КЭД), которая в течение многих лет была единственным конкретным, экспериментально хорошо проверенным примером КТП, возникли новые теории. Эти теории находят все новые экспериментальные подтверждения. Многие физики разделяют мнение, что мы близки к формулировке единой калибровочной теории всех указанных выше взаимодействий ( так называемой теории великого объединения - ТВО), во всяком случае число претендентов на роль соответствующей группы симметрии весьма невелико. [27]
Такой член нарушает СР-инвариантность КХД. Ее восстановление является одной из важных проблем теории. Куинн ( Н. Н. Quinn) заметили, что если лагранжиан классич. U ( l) pQ, соответствующей киральнъш преобразованиям ( см. Киральная симметрия квар-ковых полей, то в аффективном квантовом лагранжиане ( см. Лагранжиан эффективный) из-за аномалии, в дивергенции аксиального тока возникает дополнит. Он имеет ту же структуру, что и 6-член, но коэф. Виль-чек показали, что спонтанное нарушение симметрии U ( i) pQ вакуумными средними V Хиггса полей приводит к появлению легкого псевдоскалярного голдсто-уповского бозона, получившего назв. Если бы симметрия U ( i) PQ не нарушалась явно аномалией в аксиальном токе, то А. У и изменяется в широких пределах в зависимости от вида взаимодействий полей Хиггса. В простейшем, стандартном, варианте теории V - - 100 ГэВ, и возникает А. ЬЙГ У теориях великого объединения взаимодействий имеются хигг-совские поля с большими значениями V, и в этих теориях возможно существование призрачного А. [28]
Страницы: 1 2