Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Четвертая эпоха лептонно-кварковой симметрии была замечательна тем, что ознаменовала своего рода четность между существенными и несущественными частицами. Двух кварков и двух лептонов было бы достаточно, чтобы создать всю Вселенную, в которой мы живем. Создается впечатление, что не нужны ни очарованный и странный кварки, ни мюоны и их нейтрино. Каждая из существенных частиц играет важную роль в повседневном мире. Даже нейтрино важно: оно необходимо для синтеза элементов и питает Солнце и звезды. В течение некоторого времени нам казалось, будто Природа просто использовала в два раза Физика элементарных частиц как бесполезная трата времени и денег 201
больше кирпичиков, чем это было необходимо, и это великое дублирование само по себе можно было рассматривать как ключ к головоломке.
К сожалению для этого понятия, мы перешли в пятую эпоху лептонно-кварковой симметрии. Самое консервативное объяснение данных, недавно полученных Ледерманом, состоит в существовании пятого кварка, примерно в три раза более тяжелого, чем очарованный; этот кварк никто не предсказывал, быть может, никто его не хотел, но он есть. SPEAR и DORIS представили неопровержимое свидетельство существования пятого лептона, который примерно в 17 раз тяжелее мюона. Четвертая эпоха лептонно-кварковой симметрии оказалась очень недолговечной.
Достаточно ли нам лишь пяти кирпичиков каждого вида? Теоретические аргументы утверждают, что нет. Возможно, что новый лептон, называемый таоном, должен иметь свое собственное нейтрино. Почти определенно, что он не может обходиться, используя одно из имеющихся нейтрино. Точно также существование одиночного кварка без пары могло бы привести к проблемам в области адронов. Отсутствие нейтральных токов, изменяющих аромат, которое сейчас более или менее установлено, обычно требует существования пар кварков. Так что мы, скорее всего, еще не пришли к концу. Идея лептонно-кварковой симметрии, которая была так важна в прошлом, может остаться, а может и уйти. В настоящее время она являет собой лишь ключ. Что нам нужно — так это теория, которая скажет, сколько должно быть кварков и лептонов.
Одно кажется несомненным: у нас опять слишком много фундаментальных кирпичиков; по крайней мере, дюжина, а может, и больше. Возникает сильное искушение подумать, что в луковице есть еще слои и что настанет день, когда мы узнаем, что кварки и лептоны состоят из чего-то еще более простого и маленького. Такое мнение поддерживают многие китайские физики. Я бы предложил, чтобы эти чисто гипотетические строительные кирпичики, из которых состоит вся материя, назвали «маонами» в честь покойного председателя Мао1, который настаивал на фундаментальном единстве природы.
Маоны — это дело будущего. А пока в нашем распоряжении множество видов кварков и лептонов, из которых сейчас только четыре кажутся нам существенными. Полезными частицами являются те, которые по случаю рождения самые легкие. Не только мы происходим из праха и обитаем на неприметном и неважном осколке Вселенной, но и сама Вселенная состоит из небольшого меньшинства наиболее фундаментальных частиц: истинных малышек.
'Имеется в виду Мао Цзэдун (1893-1976) — председатель центрального комитета коммунистической партии Китая. — Прим. пер. Есть ли будущее у физики элементарных частиц?
Физики работают с неописуемым диапазоном расстояний: от непостижимо малого масштаба Планка, равного IO-33 см, до невероятно огромного размера видимой Вселенной, большего в IO61 раз. На этой космической линейке последовательно располагаются многие научные дисциплины: физика частиц, ядерная и атомная физика, затем химия, биология и геология и, наконец, астрономия и космология. Все эти области являются квантово-механическими, а квантовая механика началась с Нильса Бора.
Бор начал не с начала линейки и не с ее конца, что типично, а с путаницы в самой ее середине — с атома. Он увидел, что классические законы не в состоянии описать содержащий ядро атом, поэтому он изобрел новые законы, которым это было по силам. Его законы эволюционировали, образовав теорию, объяснявшую тайны атома и успехи периодической системы. Но квантовая механика — ревностный владыка, который не признает конкуренции. Квантовые законы должны править на всем протяжении линейки.
Квантовый атом привел к квантовому ядру, состоящему из нуклонов, которые удерживаются вместе квантово-механическими силами. Сами нуклоны образованы кварками, квантовую природу которых демонстрирует открытие множества «стационарных состояний» протона. Чем меньше объекты, тем больше они проявляют квантово-механических свойств. По этой причине у физиков несколько десятилетий ушло на то, чтобы признать эти состояния тем, чем они, в действительности, являются.
Для объектов, имеющих размер горы и больше, гравитация является доминирующей силой, а квантовая механика кажется не столь важной. Однако звезды светят по причине сложного взаимодействия всех сил природы в некой игре, которая непременно имеет квантово-механический характер. Не обошлась без квантовой механики и горячая ранняя Вселенная, существовавшая 10 миллиардов лет назад, когда стряпала большую часть легких ядер, которые сейчас нас окружают. Все это работает настолько хорошо, что мы знаем, что тогда законы кванто- Есть ли будущее у физики элементарных частиц?
