Ядерные силы. Унификация слабых и электромагнитных сил. унификация гравитации и электроядерной силы, страница 2

Идея такой связи возникла следующим образом. Далитц обратил внимание на одну довольно запутанную проблему в физике элементарных частиц (названную тогда загадкой тау-тета). Мы не будем останавливаться на ее деталях, но тогда за эту проблему взялись Ли и Янг в США, показавшие, что ее можно решить, если допустить, что в слабом взаимодействии различаются частицы с правой и левой спиральностью, спины которых ориентированы по или против движения. Иными словами, при слабых взаимодействиях нарушается симметрия между правым и левым, или, что однозначно, различаются объект и его зеркальное изображение. Было известно, что зеркальная симметрия присуща всем известным силам природы, и до того времени считалось, что это — универсальная симметрия природы. Ли и Янг предположили, что электроны с левой спиральностью испытывают иное слабое взаимодействие, нежели правоспиральные электроны. Путем цепи последовательных рассуждений, которые приведены далее, из предположения Ли и Янга можно было прийти к выводу, что W-частицы имеют тот же спин, что и фотон.

Следующий шаг сделали в конце 1958 г. мы с Джоном Уордом, а также независимо от нас Шелли Глэшоу из Гарвардского университета. У нас возникла мысль, что если связь между двумя названными силами существует, то слабые силы, подобно электромагнитным, также должны быть калибровочными. Тогда из математических соображений следует, что должны быть не две промежуточные частицы, W+ и W~, а триплет частиц, из которых третья — электрически нейтральна. Третий член этого предполагаемого триплета мы будем пока называть W⁰.

Но если третий переносчик слабых сил электрически нейтрален, не может ли им быть сам фотон? Ведь в таком случае сразу произошла бы унификация слабых и электромагнитных сил. И наоборот, если W ⁰ не является фотоном, то не может ли существовать «тяжелый фотон», подобный фотону электромагнитного излучения, но обладающий, как и W^±, большой массой? Существование такой частицы означало бы наличие нового, не обнаруженного ранее вида слабого взаимодействия. Это взаимодействие можно изобразить с помощью диаграммы Фейнмана, например для рассеяния нейтрино n на нейтроне п. Характерной особенностью слабого взаимодействия, переносимого частицей W°, должно быть наличие одного и того же набора частиц (n  + n) до и после взаимодействия (рис. 5.2,а) В этом должно состоять его коренное отличие от всех известных прежде слабых взаимодействий, при которых (n + n) в начальном состоянии переходит в (е^- + р) в конечном (рис. 5.2,6).

Воскресив таким образом понятие заряженных переносчиков (W) со спином, равным 1, можно было постулировать для них калибровочную инвариантность того типа, который я назвал тогда нейтринным.

Мы с энтузиазмом рассуждали о W⁺, W ^-, Z° и фотоне как о разных проявлениях одной и той же фундаментальной силы. Если они подчиняются строгой симметрии, то, как четыре компоненты единого объекта, они могут переходить друг в друга при соответствующих условиях. Однако, как известно, электромагнитная сила является дальнодействующей и изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, тогда как слабая сила, будучи короткодействующей, убывает с расстоянием экспоненциально. Как же можно было говорить о симметрии этих двух сил совершенно различных типов — дальнодействующей и короткодействующей?

Чтобы рассуждения о такой симметрии выглядели более убедительно, понадобилась еще одна идея, на полное понимание которой ушли следующие семь лет. Нам требовался какой-то механизм, который мог бы, как сейчас говорят, самопроизвольно (спонтанно) разрушить симметрию между W⁺, W ^-, Z° и фотоном. Такой механизм уже придумали физики, изучавшие твердое состояние вещества. Вместо термина «нарушенная симметрия» они предпочитали, правда, говорить «порядок», и нам пришлось ввести в физику элементарных частиц понятие порядка.