Чтобы пояснить различие между понятиями «порядок» и «симметрия», представим себе круглый стол, за которым обедают несколько человек. Перед ними стоят приборы и разложены салфетки. Предположим теперь, что в той стране, где это происходит, нет строгих правил относительно того, какая салфетка кому принадлежит (вам или вашему соседу). Это — состояние симметрии. Вам, наверное, знакомы ситуации, когда соседи исподтишка подглядывают друг за другом. Наконец, кто-то решает: эта моя салфетка. Неважно, справа она или слева. Важно, что кто-то принял решение. Мгновенно весь стол «упорядочивается»; это и есть пример мгновенного (со скоростью света) превращения симметрии в порядок, что столь необходимо физике элементарных частиц. Порядок — это нарушенная симметрия: когда вы решили назвать вашей левую салфетку, симметрия нарушилась, но упорядоченно.
Однако за установление порядка следует «платить». Мы должны «заложить» необходимость асимметричного выбора в сам характер действующих сил. В качестве иллюстрации рассмотрим случай, когда энергия исследуемой системы при отклонении последней от положения равновесия растет симметрично во всех направлениях. При этом кривая изменения потенциальной энергии по форме напоминает дно рюмки (рис. 5.4, а). Возможен и другой тип изменения потенциала, по форме похожий на дно бутылки (рис. 5.4, б). В последнем случае кривая потенциала, как и полагается, симметрична, причем из возможных решений «жизнеспособно» лишь упорядоченное, с меньшей симметрией, т. е. второе.
|
Рис. 5.4. Примеры симметричных потенциальных функций, для которых устойчивое состояние симметрично (а) и несимметрично (б). |
Итак, вдобавок к калибровочным силам оказался необходимым новый тип сил, изменение потенциальной энергии которых имело бы форму дна бутылки. Это потребовало постулировать существование еще одной частицы. По имени физика, открывшего механизм нарушения симметрии, ее назвали частицей Хиггса.
В 1967 г. мы с Вайнбергом применили идеи спонтанного нарушения симметрии для построения теории, включающей массивные частицы W+, W- и Z0 (и соответственно короткодействующие слабые силы), не имеющий массы фотон (и дальнодействующие электромагнитные силы.
До сих пор мы говорили об унификации электромагнитной и слабой ядерных сил; обратимся теперь к возможности унифицировать их с другими силами природы. Мы начали с четырех фундаментальных сил и полагаем, что свели их число к трем. Нельзя ли сделать следующий шаг — уменьшить это число до двух, объединив электрослабое и сильное ядерное взаимодействия, т. е. построить теорию электроядерных сил? Здесь основная идея вновь заключена в концепции калибровочной симметрии, связывающей интенсивность взаимодействия с зарядом. В результате последних достижений теории сильного взаимодействия теперь у нас есть такой кандидат на «сильный заряд» — это так называемый «цветовой заряд». Им обладают кварки, а также глюоны (служащие, как предполагается, переносчиками сильного взаимодействия). Данная теория сильного ядерного взаимодействия представляет собой калибровочную теорию и называется квантовой хромодинамикой (КХД). Подобно фотону, W± и Z°-частицам, глюоны имеют спин 1, и мы считаем, что в в принципе КХД можно объединить с калибровочной теорией электрослабых сил, достигнув тем самым полной унификации электромагнетизма со слабым и сильным ядерными взаимодействиями.
Пробным камнем для проверки этой идеи является распад протона, о котором в 1973 г. говорили мы с Иогешем Пати, а в 1975 г. — Говард Джорджи и Шелли Глэшоу. Сильное взаимодействие проявляется между кварками, а слабое — между лептонами и кварками; если эти силы в действительности одно и то же, то кварки и лептоны также должны быть компонентами единого объекта. Но тогда одна из составляющих новой унифицированной силы может превращать кварки в лептоны, а это значит, что протон (состоящий из кварков) не может быть абсолютно стабильным. Обнаружение такой нестабильности, т. е. распада протона на лептоны, свидетельствовало бы о возможности унифицировать сильное ядерное и электрослабое взаимодействия. В настоящее время многие физики ищут способы обнаружить распад протона.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
