Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Иногда связь между физикой частиц и космологией принимает обратное направление; астрономические наблюдения накладывают некоторые ограничения на свойства микромира. Удивительный пример связан с наблюдениями присутствия во Вселенной большого количества гелия. Грубо говоря, три четвертых материи во Вселенной находится в виде во-
1 Примечание автора. Сахаров умер в 1989 году. Большая картина
117
дорода, а большая часть оставшейся — в виде гелия. Другие элементы, например, те, которые составляют большую часть Земли, присутствуют во Вселенной в количестве, не превышающем один процент. Большая часть гелия первична, то есть была создана во время Большого взрыва. Скорость образования гелия в ранней Вселенной полностью зависит от количества различных видов существующих нейтрино. Астрофизики настаивают на том, что может существовать максимум четыре вида нейтрино.
Собирая все это воедино, мы видим, что космологические аргументы требуют существования трех или четырех семейств материальных частиц. Пока физики-экспериментаторы открыли только три таких семейства1.
Основная структура материи содержит две логических составляющих, которые можно назвать бытием и становлением. Пока мы перечислили 12 видов материальных частиц, составляющих аспект бытия. Эти частицы должны объединяться друг с другом для образования всего, что есть во Вселенной. Они должны взаимодействовать, чтобы превратиться в более высокоорганизованные формы материи; они должны воздействовать друг на друга. Именно процессы становления и описывает их взаимодействие. В нашей современной и эффективной мифологии каждому отдельному виду взаимодействия соответствует его переносчик. Пять известных переносчиков взаимодействий сведены в таблицу 2.
Таблица 7. Известные переносчики взаимодействий
Гравитон Переносчик гравитационного взаимодействия Фотон Переносчик электромагнитного взаимодействия Глюон Переносчик сильного взаимодействия Wzb и Z0 Переносчики двух разновидностей слабого взаимо-_ действия_
Две из этих частиц были совсем недавно созданы и наблюдались в лаборатории. Именно за работу, которая привела к этому великому открытию, физик Карло Руббиа и инженер Симон Ван-дер-Мер получили Нобелевскую премию по физике за 1984 год.
Выбор в качестве лауреатов Руббиа и Ван-дер-Мера не слишком удивил научное сообщество. Эти люди спроектировали, построили и пустили в эксплуатацию огромную экспериментальную установку в CERN,
1 Примечание автора. Последние эксперименты, проведенные в CERN и Стэнфордском центре по линейному ускорению частиц, показывают существование именно трех семейств материальных частиц. 118
Большая картина
Европейском центре ядерных исследований. Она начала работать в 1981 году и создавала одно великое открытие за другим: сначала VK-бозон, затем — Z-бозон. Что удивило меня, так это приглашение на церемонию вручения Нобелевской премии в декабре 1984 года. Нобелевский комитет пожелал отметить глубокую связь между премией 1984 года и премией 1979 года, которую получили Стивен Вайнберг, Абдус Салам и я.
Почему Нобелевский комитет принял столь необычное решение: пригласить прежних лауреатов премии? Абдус, Стив и я получили премию за свои различные вклады в создание объединенной теории слабых и электромагнитных взаимодействий. Основными предсказаниями этой теории были существование и свойства в то время гипотетических частиц W и Z. У некоторых возникали сомнения, а что если наша теория окажется ошибочной? Эксперименты, проведенные в CERN, представили окончательное доказательство нашей теории и оправдание получения нами премии. Предсказанные частицы существуют и обладают именно теми свойствами, которые мы предсказали.
Семидесятые годы и начало восьмидесятых стали временем переворота и перестройки в мире физики элементарных частиц — временем развития новой и мощной теоретической системы. Шестидесятые были десятилетием тайн. Тогда было обнаружено так много новых и загадочных элементарных частиц, что физики были вынуждены носить с собой буклеты, содержащие названия и свойства обитателей «зоопарка» элементарных частиц. Появились две различные философии.
Джеффри Чу, из Калифорнийского университета в Беркли, был ярым защитником «ядерной демократии» — мнения, что каждая частица вправе претендовать на то, что она является элементарной. Но демографический взрыв создал буквально сотни подобных частиц, и если бы все они были в равной степени элементарными, тогда ни одну из них вообще нельзя было бы назвать элементарной. Мюррей Гелл-Манн, из Калифорнийского технологического института, придерживался противоположной точки зрения. Он представлял, что существуют более простые вещи, из которых каким-то образом должны создаваться элементарные частицы. Свои гипотетические составляющие частицы он назвал «кварками».
Выбирать между этими двумя мнениями было сложно, так как ни одно из них не подкреплялось конкретной и реалистичной теорией.
Сегодня эта ситуация радикально изменилась. У нас есть новая и согласованная теория слабых и электромагнитных взаимодействий, которая называется, без особых ухищрений, теорией электрослабых взаимодействий. Многие эксперименты, проведенные за последние несколько лет, подтвердили состоятельность этой теории: открытие нейтральных токов в 1973 году, W и Z в 1983 году в Европе и открытие J/^-частицы Большая картина
