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):
^сказочного принципа» только благодаря работе т%юфта, доказавшего в
»1971 году теорему о перенормируемости теории калибровочных полей со спонтанным нарушением симметрии, несмотря на появление массивных векторных бозонов [185]. 1979 год ознаменовался вручением нобелевских
-Премий А. Саламу, С. Вайнбергу и Дж. Глэшоу за создание единой теории
70
Глава 2
электрослабых взаимодействий. А эксперименты 1983 года в ЦЕРНе по
обнаружению , Za -бозонов, результаты которых оказались в полном соответствии с предсказаниями теории [73], дали подтверждение правильности стратегической линии использования идей калибровочной симметрии в единстве с представлениями о спонтанно нарушенной симметрии и явились косвенным подтверждением существования ХИ1ТСОВЫХ вакуумных конденсатов. Успех этот вселил в умы и души большинства физиков-теоретиков убеждение, что область применимости неабелсвых калибровочных теорий в действительности включает всю физику элементарных частиц, убеждение, стимулирующие движение мысли на пути к созданию теории Великого объединения и суперсимметрии, к рассмотрению которых мы и переходим.
§ 2.4. Великое объединение. Суперсимметрия. Супергравитация
Успехи создания единой электрослабой теории предпослали дальнейшие шаги па пути объединения взаимодействий, а именно создание теории, объединяющей электрослабое и сильное взаимодействие, что означало бы объединение кварков и лептонов в одно представление пекото-рой группы более высокой симметрии.
Все такие попытки называются теориями Великого объединения (TBO) (правильнее было бы назвать их моделями) — Grandumon (англ.). или сокращенно GUT. Масштаб этого объединения должен достигать 1015ГэВ, Впервые идея объединения кварков и лептонов в один мульти-плет была высказана А. Саламом и И. Пати в 1972 году Она и явилась переломным моментом, давшим рождение всевозможным вариантам Великого объединения. Очевидно, что во всех вариантах, обсуждаемых на современном этапе, предполагается, что симметрия Великого объединения должна быть калибровочной, неабелевой и содержать SU(3) х SU(2) х U(I) подгрупп. В 1974 году Джорджи и Глэшоу предложили обобщение, объединяющие в единый мультиплет не только кварки и пептоны (лсвовинто-вые), но также и их античастицы. Ими предложен простейший вариант Великого объединения — симметрия 5?/(5).
Факт объединения кварков и лептонов в единый мультиплет предполагает возможность переходов между ними. Если подобная симметрия между кварками и лептонами действительно существует, то для компенсации калибровочных преобразований требуется наличие 24 полей: І2 квантов этих полей уже известны — это 1 фотон, 3 векторных бозона W~, Z0: восемь глюонов. Остальные 12 квантов полей должны нести на себе функции переносчиков взаимодействий, осуществляющих азаимопревра-
He пути построения единой теории ПОЛЯ
71
шения между кварками и лептонами. Назвали их AT-частицами. Спонтанное нарушение симметрии SU(5) до симметрии 5X7(3) х SU(2) х U(I) дает вакуумное среднее tO1" ГэВ> в то время как спонтанное нарушение симметрии 5(/(3) х SU(2) X U(\) до SU(2) х U(I) дает вакуум среднее 100 ГэВ, И если переносчики электр о слабого взаимодействия с массами порядка
-100 ГэВ, упоминаемые нами выше W±, 2°-бозоны, наблюдались в эксперименте, то для наблюдения ^-бозонов, масса которых ожидается порядка 1015ГэВ, необходимая энергия превышает возможности крупнейших ускорителей, планируемых в настоящее время, в 10 трлн раз, что свидетельствует об отсутствии экспериментальной возможности непосредственной регистрации их.
Если считать, что механизм нарушения симметрии SU(S) такой же, как и в случае SU(2) х (7(1), и возникает за счет приобретения вследствие взаимодействия с хиттсовым вакуумным конденсатом ^-частицами массы порядка I О15 ГэВ, то эффект обмена X-частицами между кварками и лептонами в настоящую эпоху эволюции Вселенной должен быть сильно подавлен, ибо для этого необходимы много большие энергии и малые расстояния, чем в SU(2) X (/( I ^симметрии. Однако, несмотря на то, что, по всей видимости, никогда не возникнет возможности получить А"-частицу в лабораторных условиях, существует надежда наблюдения процессов, связанных с обменом Л-частицей. Вероятность этого обмена чрезвычайно мала, ибо для этою необходимо, чтобы взаимодействующие частицы оказались в пределах 10"29см друг от друга. Тем не менее, она существует и позволяет предсказать чрезвычайно интересное и важное для нашего стабильного мира событие — распад протона.
Следует отметить, что любой мыслимый процесс распада некоторой элементарной частииы возможен, если он только не запрещен каким-либо законом сохранения. Распад электрона, к примеру, невозможен, ибо все мыслимые каналы распада электрона на более легкие частицы, происходили бы с нарушениями закона сохранения электрического заряда (мы помним, что закон сохранения электрического заряда является следствием глобальной калибровочной симметрии электромагнитного взаимодействия (7(1), которая не нарушена). Распад протона на более легкие частицы не нарушал бы закон сохранения электрического заряда, однако противоречил бы закону сохранения барионноі"о числа. Закон сохранения барионно-го числа означает, что полное барионное число системы сохраняется. Распад протона сопровождался бы переходом из состояния с барионным числом + І в состояние с барионным числом 0. Надо сказать, что барионное число не меняется ни в сильных, ни в слабых, ни в электромагнитных взаимодействиях. Однако сама проблема преобразования кварка в лептон H наоборот, поставленная в теориях Великого объединения, ставит вопрос о том, что взаимодействия, осуществляемые А'-частицами, должны идти с
