Наука и общество. Нобелевские премии по физике. Современная физика. История физических открытий конца ХХ века, страница 22

Современную теорию элементарных частиц, состоящую из теорий электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинами-ки, принято называть стандартной моделью {standard model). Эта сложная, противоречивая, но уже почти законченная феноменологическая теория — главный теоретический инструмент, с помощью которого решаются задачи микрофизики.

«Великое объединение» — так называют теоретические модели, исходящие из представлений о единой природе сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий. Оно призвано объединить все существующие частицы: фермионы, бозоны и скалярные частицы. В рамках теории великого объединения хорошо объясня234

ются многие очень важные явления, такие как, например, наблюдаемая барионная асимметрия Вселенной, малая ненулевая масса покоя нейтрино, квантование электрического заряда и существование решений типа магнитных монополей Дирака. Торжеством этой теории было бы обнаружение распада протона. По последним данным, среднее время жизни протона больше 1,6 -10³³ лет. Доказательство нестабильности протона явилось бы открытием фундаментальной важности. Однако пока этот распад не зафиксирован. Ученые надеются, что дальнейшее развитие моделей великого объединения приведет к объединению всех фундаментальных взаимодействий, включая и гравитационное (суперобъединение). Но это — дело будущего.

В микрофизике известна и играет важную роль некая фундаментальная длина, называемая планковской, или гравитационной, длиной l_g= 1,6-Ю"³³ см. Считается, что длины меньше планковской в природе не существует. Совместно с планковским временем t_g ~ КГ⁴³ с они составляют пространственно-временные кванты, которые призваны лечь в основу будущей квантовой теории гравитации. По мнению В.Л.Гинзбурга, «физический смысл длины l_g заключается в том, что при меньших масштабах уже нельзя пользоваться классической релятивистской теорией гравитации и, в частности, общей теорией относительности (ОТО), построение которой было завершено Эйнштейном в 1915 г.». В настоящее время наименьший «прицельный параметр», достигнутый на современных ускорителях, составляет l_f~ 10~¹⁷ см. Таким образом, можно заключить, что вплоть до расстояний l_f~ 10~¹⁷ см и времен lf/с ~ 10~²⁷ с существующие пространственно-временные координаты справедливы. Значение l_f отличается от значения l_g на целых 16 порядков. Поэтому вопрос о фундаментальной длине еще остается актуальным для науки.

С 1-й половины XX столетия, когда объектами изучения микрофизики были атом, а затем атомное ядро, для того чтобы понять поведение электронов в атомах, пришлось совершить подлинную революцию в науке — создать квантовую механику. Микрофизика занимала тогда в естествознании совершенно особое место. Благодаря ее успехам мы смогли разобраться в строении вещества, что отразилось на качестве нашей повседневной жизни. Микрофизика сегодняшнего дня не занимает пока такого места. Но это нисколько не умаляет огромного значения микрофизических открытий, сделанных в последние годы. Микрофизика — это фундамент физической науки.

Взаимодействие частиц при высоких и сверхвысоких энергиях. Коллайдеры. Фазовые переходы в вакууме. Большинство открытых в последнее время элементарных частиц изучаются в экспериментах на ускорительных накопительных установках со встречными пучками, которые называются коллайдерами. Коллайдер

235

Рис. 88. Коллайдер LHC в пригороде Женевы представляет собой вакуумированную кольцевую трубу, в которой навстречу друг другу вращаются две системы частиц (встречные пучки). В определенных местах эти частицы сталкиваются, и там, где это происходит, установлены специальные детекторы, которые регистрируют продукты этого столкновения.