Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
електродинаміки в 40-х рр. до стандартної моделі в 60-х і 70-х рр., було правильним з погляду практичних цілей,
хоча причини, по яких було потрібно виконання цієї умови, здаються зараз уже що не мають відносини до справи.
Це зміна точки зору має потенційно що далеко йдуть наслідки. У найпростішій перенормованій версії
стандартної моделі виникають деякі «випадкові» закони збереження крім реальних фундаментальних законів
збереження, що випливають із симетрій спеціальної теорії відносності й внутрішніх симетрій, що визначають
існування фотона, W, Z і глюонов. Серед цих випадкових законів збереження присутні закон збереження
кваркового числа (рівного різниці повного числа кварків і антикварків) і лептонного числа (рівного різниці повного
числа електронів, нейтрино й аналогічних часток і повного числа відповідних античастинок). Якщо виписати всі
можливі поля, що складаються в рівняннях, які сумісні з фундаментальними симетріями стандартної моделі й
умовою перенормируемости, виявляється, що в рівняннях поля не з'являється доданка, що може привести до
порушенню зазначених додаткових законів збереження. Саме закони збереження лептонного й кваркового числа не
припускають існування процесів типу розпаду трьох кварків у протоні на позитрон і фотон, тобто ці закони збереження
забезпечують стабільність звичайної матерії. Однак зараз ми думаємо, що складні неперенормируемые доданки в
рівняннях поля, що приводять до порушення законів збереження лептонного, і кваркового чисел, все-таки є, але вони дуже
малі. Ці малі поля, що складаються в рівняннях, индуцируют розпад протона (наприклад, на позитрон і фотон або яку-
нибудь іншу нейтральну частку), але час життя протона щодо такого розпаду дуже велико, порядку 1032 років
або ледве менше або більше. Це число років збігається із числом протонів в 100 тоннах води, так що, якщо пророкування
вірно, те в середньому за один рік в 100 тоннах води повинен розпастися один протон. Пошуки такого розпаду протона
безуспішно ведуться вже багато років, але незабаром повинна стати до ладу установка в Японії, де в 10 000 тонн води будуть
ретельно шукати спалаху світла, що сигналізують про розпад протона. Може бути, цей досвід що-небудь прояснить.
Тим часом, з'явилися гіпотези, що інтригують, про можливе порушення закону збереження лептонного числа. В
стандартної моделі цей закон збереження відповідальний за те, щоб нейтрино були
163
безмасовими, але якщо цей закон порушується, то очікується, що в нейтрино є маленькі маси порядку 10-5 еВ
(т. е. порядку однієї мільйонної маси електрона). Ця маса набагато менше тієї, котру могли виявити будь-які
лабораторні експерименти, проведені дотепер, але проте, її наявність може приводити до тонкого
ефекту, що дозволяє нейтрино електронного типу (тобто приналежного до того ж сімейству, що й електрон) повільно
перетворюватися в нейтрино інших типів. Це могло б пояснити давню загадку недостачі тих нейтрино, які
приходять до нас від Сонця, у порівнянні з теоретичними очікуваннями17?. Нейтрино, що утворяться в ядрі Сонця,
належать в основному до електронного типу, і детектори, використовувані на Землі для реєстрації сонячних нейтрино,
чутливі тільки до нейтрино електронного типу, так що недостача електронних нейтрино178 може пояснюватися тим, що
по шляху від Сонця частина цих нейтрино перетворюється в нейтрино інших типів. Експерименти по перевірці цієї ідеї
проводяться за допомогою різних детекторів у Південної Дакоте, Японії, Італії, Канаді й на Кавказі3).
Якщо нам повезе, то будуть виявлені свідчення розпаду протона або наявності маси в нейтрино. Можливо, що на
існуючих прискорювачах, наприклад на протон-антипротонному коллайдере у Фермилабе або на електрон-позитронному
коллайдере в Церне, знайдуть свідчення існування суперсиметрії. Але все це відбувається жахливо повільно.
Заключні доповіді на всіх конференціях по фізиці елементарних часток за останні десять років містили один і
той же список побажань для експериментаторів. Все це страшно далеко від дійсно вселяли натхнення
минулих років, коли щомісяця студенти-старшокурсники металися по коридорах фізичного факультету, розповідаючи
чергову новину про важливе відкриття. Тільки завдяки фундаментальній важливості фізики елементарних часток, яскраві
студенти усе ще приходять займатися галуззю науки, у якій майже нічого не відбувається.
Ми впевнені, що це положення зміниться, якщо буде завершене будівництво ССК. Планувалося, що його енергія й
інтенсивність пучка будуть достатніми, щоб вирішити питання про механізм порушення электрослабой симетрії, або в
результаті відкриття однієї або більше хиггсовских часток, або в результаті виявлення слідів нових сильних
взаємодій. Якщо відповіддю на проблему ієрархії є суперсиметрія, то й вона може бути виявлена на ССК. З
іншої сторони, якщо нові сильні взаємодії будуть знайдені, це відразу спричинить виявлення на ССК
великого
3) В 2002 р. установлено, що по дорозі від Сонця електронні нейтрино частково перетворюються в нейтрино
мюонного типу (ефект нейтринних осцилляций), тобто в нейтрино дійсно є дуже маленька
маса. - Прим. з.
164
кількості нових часток з масами порядку 1 ТОВ Гэв, які потрібно буде досліджувати перш, ніж ми зможемо
висловити припущення, що ж відбувається при ще більших енергіях, коли поєднуються всі сили, включаючи
гравітацію. У кожному разі, фізика часток знову рушить уперед. Битва фізиків, що займаються частками, за
будівництво ССК була викликана переконанням, що тільки дані, отримані на новому прискорювачі, вселять у нас
упевненість, що наша робота буде тривати.
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]
У світі фізики
Наука та техніка
Наш спонсор
Заказ полисов медицинское страхование www.icinter.com.ua, квалификация специалистов.