Единая теория поля: Философский анализ современных проблем физики элементарных частиц и космологии. Опыт синергетнческого осмысления - Минасян Л.А.
ISBN 5-4S4-G0179-X
Скачать (прямая ссылка):
На пути построения единой теории поля
63
гипотезы о различной интенсивности взаимодействий частиц разных поколений с хштсовым конденсатом. А это значит, что вакуум в действительности обладает чрезвычайно сложной структурой.
Другая проблема -— выделенный статус нейтрино. Выделейность нейтрино состоит в его практически нулевой массе. В современной классификации элементарных частиц нейтрино представляется как частица, имеющая нулевую массу, хотя накоплено достаточное количество косвенных экспериментальных данных [5; б], свидетельствующих о том, что массы нейтрино все же отличны от нуля, хотя и весьма малы. Численные значения массы нейтрино лежат в интервале от 1 до 10 эВ (1 эВ = 10"3 МэВ), т. е. более чем в 10 ООО раз легче ближайшей по массе элементарной частицы — электрона. Интересным является го обстоятельство, что математическая строгость стандартной модели не требует нулевого значения массы нейтрино. Так что вопрос о том, почему величина массы нейтрино так мала и так сильно отличается от характерной массы соответствующего кварк — лептонного поколения, остается неясным. Но даже очень легкое нейтрино могло бы служить указанием на существование мира сверхтяжелых А'-бозонов.
Все частицы вещества участвуют в гравитационных и в слабых взаимодействиях. Так, например, действие слабых сил приводит к изменению природы частиц — превращению кварка одною аромата в кварк другого аромата, электрона в нейтрино и т, д. В электромагнитных взаимодействиях участвуют только те частицы, которые имеют электрический заряд. Известно, что кварки имеют дробный электрический заряд. Значит, они также участвуют в электромагнитных взаимодействиях, как и электрон. Нейтрино в электромагнитных взаимодействиях не участвуют. И, наконец, только кварки, обладающие цветным зарядом, способны к сильным взаимодействиям. Наблюдается следующая иерархия в построении структурных элементов материи: кварки объединяются в адроны — барионы или мезоны. Барионы —- протон и нейтрон — образуют ядра атомов; ядра и электроны образуют атомы, а атомы — молекулы и т. д.
Квантом гравитационного поля является гравитон. Однако гравитон пока не установлен экспериментально, равно как и не построена по сей день теория квантовой гравитации.
Квантом электромагнитного поля является фотон у. Масса покоя фотона равна 0. Фотон не несет на себе электрического заряда. Эго обеспечивает линейный характер электромагнитных взаимодействий и большой радиус их действия.
Квантами слабого взаимодействия являются три бозона — , W,
Z0-бозоны. Верхние индексы указывают знак электрического заряда этих квантов. Кванты слабого взаимодействия имеют значительную массу, что приводит к тому, что слабое взаимодействие проявляется на очень коротких расстояниях.
Ш
64
Глава 2
Квантами сильного взаимодействия являются восемь глюонов. Если слабое взаимодействие ответственно за изменение ароматов кварков, то сильное взаимодействие, осуществляемое посредством обмена глюоиами между кварками, приводит к изменению цветов кварков. Так что в ядре постоянно происходят взаимопреврашеїшя протонов и нейтронов за счет обмена квантами слабого взаимодействия между кварками, вследствие чего «-кварк превращается в J-кварк и наоборот. Кроме этого внутри протонов и нейтронов кварки постоянно меняют свои цвета, испуская и поглощая глюоны. При этом протоны и нейтроны остаются бесцветными. Подобная инвариантность требует существования поля сильного взаимодействия для поддержания цветовой симметрии кварков. Хвост сильного взаимодействия между кварками внутри протонов и нейтронов, обеспечивает силы притяжения между протонами и протонами, протонами и нейтронами, нейтронами и нейтронами внутри ядра (ядерные силы)-
Следует отметить, что взаимодействия, соответствующие калибровочной симметрии, характерны тем, что их величина определяется величиной заряда соответствующего взаимодействия, т. е. заряд калибровочного взаимодействия одновременно определяет и величину заряда элементарной частицы и величину («силу») самого взаимодействия, так называемую константу связи. В настоящую эпоху эволюции Вселенной константы связи различных взаимодействий относятся следующим образом:
as:ae:aw:ac->\: -±- : HT5: 10"",
где as — константа связи сильного взаимодействия; ае — константа связи электромагнитного взаимодействия; aw — константа связи слабого взаимодействия; ас — константа связи гравитационного взаимодействия. Современные физики считают, что такое соотношение существовало не всегда. Иными словами, рассматриваемые постоянные не являются постоянными. И существовала эпоха в эволюции Вселенной, когда эти константы были равны, А это означает, что не существовало различий между четырьмя типами физических взаимодействий. Именно это обстоягельство и стимулирует физиков в построении единой теории всех физических взаимодействий, единой теории поля. Однако для того чтобы понять те физические идеи, на которых базируется построение этой теории, следует сказать, что в действительности физика рассматривает материю не в двух проявлениях — веществе и поле, как это отмечается во многих физических справочниках, словарях и энциклопедиях, а в трех проявлениях. Третьим, качественно отличным от вышеназванных двух форм материи, является физический вакуум. Дело в том, что все кванты полей, рассмотренные нами ранее, являются векторными калибровочными бозонами. Калибровочными их называют по той причине, что они являются кванта-
