Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
dl 10 с + e -1/3 0 -1/V3 -1/2
4 10 d+e 1 0 0 0
10 b + c -2/3 -1/2 -1/2^3 0
ut 10 а + с -2/3 1/2 -1/2^3 0
ubL 10 a + b -2/3 0 ід/з 0
dl 5 а 1/3 -1/2 -1/2^3 0
dt 5 b 1/3 1/2 -1/2^3 0
5 с 1/3 0 1/л/З 0
eL 5 d -1 0 0 -1/2
VL 5 ё 0 0 0 1/2
ЙД 10 a + d -2/3 -1/2 -1/2^3 -1/2
^R 10 b + d -2/3 1/2 -1/2^3 -1/2
UbR 10 c+d -2/3 0 1/л/З -1/2
drR 10 а + ё 1/3 -1/2 1/2л/3 1/2
dWR 10 b + e 1/3 1/2 1/2л/3 1/2
10 с + ё 1/3 0 1/л/З 1/2
eR 10 d + ё -1 0 0 0
uR 10 b + c 2/3 1/2 1 /2л/3 0
< 10 a + c 2/3 -1/2 1 /2л/3 0
< 10 a + b 2/3 0 1/л/З 0
цветных зарядов Ts и T8 и (диагонального) слабого заряда Rs для каждой частицы. (Этот процесс, конечно же, ни в коем смысле не является динамическим строительным процессом.) 257 Объединенная теория взаимодействий элементарных частиц
На языке теории групп, квинтуплеты 5 и 5 — это наименьшие несократимые представления группы SU(5). Кососимметрической комбинацией двух 5 (или двух 5) является 10 (или 10) — следующее минимальное представление SU(5). Этих представлений нам достаточно для описания всех кварков и лептонов. Другие лептоны и кварки с другими ароматами имеют такие же ,^^-представления: s- и с-кварки вместе с лептонами ц и v? образуют другое 5'?7(5)-«семейство», то же самое делают t- и &-кварки вместе с лептонами т и vT. Однако существуют некоторые астрофизические свидетельства того, что подобных семейств не так уж и много.
Важно понимать, что этот строительный процесс не должен был работать. Он являет собой первый, простейший и, в некотором смысле, самый замечательный успех S1JJ(S)-OebeflHHeHHH.
Одним из самых приятных аспектов теории для нас стало обеспечение причины квантования заряда, которое просто следует из самого строительного процесса. Даже в случае существования более сложных SfZ(S)-CeMeftCTB Q все равно должен квантоваться величинами, кратными 1/3, потому что все заряды должны быть суммами зарядов простейшего семейства. Более того, факт наличия у всех наблюдаемых систем целочисленного Q связан с их цветонейтральностью. Единственный «способ» построить из простейшего семейства цветонейтральные системы состоит в использовании частиц ед или или комбинации drR + + <ід + dhR, каждая из которых имеет целочисленный заряд.
В SU(5) квантование заряда тривиально, потому что заряды в 5 «соразмерны». Однако в действительности квантование заряда несет более глубокий смысл: ему присущ топологический аспект и оно связано с существованием магнитных монополей в калибровочных теориях, основанных на простых группах, которые, в свою очередь, требуют квантования заряда.
5"?7(5)-объединение мы разработали в конце 1973 года.
Масштаб объединения
Все заряды в SU(5) входят симметричным образом, поэтому, в каком-то смысле, там должна присутствовать лишь одна константа связи, описывающая все взаимодействия. Но на расстояниях порядка IO-16 см и больше все происходит далеко не так. Там больше, чем (?, которая, в свою очередь, больше cki. По этой причине и по некоторым другим, к которым мы еще вернемся, должен существовать еще один уровень спонтанного нарушения симметрии, связанный с разделением SU(5) на SU{3) ж SU{2) х U(I). 258
Объединенная теория взаимодействий элементарных частиц
Мы должны допустить, что вакуум является зернистым и структурированном в другом масштабе L, гораздо меньшем, чем масштаб 10~16 см, который связан со спонтанным нарушением SU(2) х [/(І)-симметрии. Как и раньше, можно выделить три различные области разного масштаба:
• Расстояния, гораздо меньшие, чем L. Здесь вы увидите SU (5)-калибровочную инвариантность как явную приблизительную симметрию. Все калибровочные частицы, фотон, глюоны, W, Z0 и X очень легки по сравнению с энергиями, необходимыми для зондирования столь коротких расстояний.
• Расстояния порядка L. На этих расстояниях вы увидите сложную физику спонтанного нарушения S1JJ(S)-CHMMeTpHH. Будут создаваться X, гораздо более тяжелые, чем все другие калибровочные частицы, с массой порядка hc/L.
• Расстояния, гораздо большие, чем L. Здесь вы непосредственно увидите только SU(1S)- и SU(2) х U( 1)-калибровочную инвариантность. X слишком тяжелы, чтобы их можно было создать непосредственно, но они действительно создают очень слабые взаимодействия короткого радиуса.
Теперь мы можем понять несоразмерность констант связи. В первой области, на очень коротких расстояниях, где 5?7(5)-калибровочная симметрия проявляется в явном виде, действительно присутствует лишь одна константа связи, которая описывает все калибровочные взаимодействия. Но во второй области симметрия нарушается, так что для больших расстояний связи расходятся. Поскольку константа связи группы SU(S) обладает максимальной асимптотической свободой, она увеличивается быстрее, чем а-2, по мере увеличения расстояния, на котором ее измеряют. Константа связи ot\ группы U(I), напротив, совсем не обладает асимптотической свободой (потому что калибровочная частица не переносит заряд). Поэтому а\ вообще уменьшается при увеличении расстояния. Эта ситуация отражена на рисунке 5.
