Ядерные силы. Унификация слабых и электромагнитных сил. унификация гравитации и электроядерной силы, страница 6

Рассмотрим теперь реальную современную ситуацию. Мы знаем четыре силы: сильная ядерная, слабая ядерная, электромагнитная и гравитационная. Все их переносчики — «цветные» глюоны, W^±, Z° частицы и фотоны — имеют спин 1; исключение составляет гравитон, спин которого, согласно теории Эйнштейна, должен равняться 2. Кроме того, у нас есть вещество, состоящее из кварков и лептонов (или, может быть, из 8 преонов), и у всех них спин равен ¹/₂. Если вещество, как и силы, описываются единым объектом, то следует найти еще один всеобщий принцип симметрии, который охватывает и переносчики сил с различными спинами, и составные части вещества (лептоны и кварки или преоны). В известном нам мире эта симметрия должна быть тщательно скрыта — спонтанно нарушена. Но при каких-то очень высоких энергиях, когда симметрия восстанавливается, мы считаем, что переносчики основных сил (имеющие целые спины) выступают как компоненты единого фундаментального объекта, а лептоны и кварки (возможно, преоны) с их полуцелыми спинами образуют другие его компоненты.

Так, мы подошли к волнующим результатам, недавно полученным на пути развития единой теории, охватывающей переносчики четырех фундаментальных сил и составляющие вещества. Первым шагом было открытие совершенно нового типа симметрии — суперсимметрии, соединявшей частицы с целым и полуцелым спином в единый «мультиплет». Прежде такие состояния рассматривались независимо, а теперь суперсимметрия описывает их на равных правах. Замечательно, что следующий шаг — введение калибровочной инвариантности — немедленно приводит к трактовке гравитации как калибровочной силы, соответствующей такой симметрии. Новая теория- получила название супергравитации. Она включает гравитоны со спином 2, а также (как калибровочные объекты) частицы со спином ³/₂, называемые гравитино.

Теперь нам следует ввести электроядерные заряды и объединить обладающие спином частицы вещества не только с гравитацией, но и со всеми другими силами. Была предпринята попытка расширить супергравитацию, объединив суперсимметрию с внутренней симметрией, называемой S0 (8), и введя требование градиентной инвариантности. Результирующая теория, называемая «супергравитацией N=8», содержит единый объект, описывающий и переносчики сил, и вещество как единый мультиплет возможных физических состояний. По своим спинам эти состояния классифицируются следующим образом:

Если эта теория правильна, она позволила бы довести до конца все унификации — для всех сил и всего вещества. В нее должны войти гравитон со спином 2 и 8 гравитино со спинами ³/₂; 28 частиц со спином 1; 56 частиц со спином ¹/₂ и 70 бесспиновых состояний. Но, к несчастью, среди 28 состояний со спином 1 нет частиц W⁺ и W ^- — переносчиков электрослабого взаимодействия, а 56 состояний со спином ¹/₂ не включают все лептоны и кварки. Состояние со спином 0 может включать частицы Хиггса, необходимые для нарушения симметрии и возникновения массы. Однако схема без W-бозонов, мюона и t-кварка кажется малоподходящей для наших целей.

Однако мы могли ошибиться в отождествлении компонент этого мультиплета с известными кварками, лептонами и квантами-переносчиками сил. Возможно, следует вести рассмотрение на уровне преонов. Креммер и Джулиа показали, что формулировка теории супергравитации в одиннадцати измерениях эквивалентна четырехмерной расширенной супергравитации, содержащей (поистине неожиданный подарок!) расширенную внутреннюю симметрию для 8 электроядерных зарядов. Дополнительные семь измерений пространства-времени, как считается, были «закручены», скрыты от нас в первые 10-43 с после Большого взрыва, как и пятое измерение Калузы — Клейна. Расширенная симметрия в состоянии «обслужить» большее число состояний, однако самая важная особенность теории расширенной супергравитации — ее однозначность: она должна содержать не более восьми зарядов плюс гравитацию. Описываемые теорией восемь состояний со спином ³/₂ могут быть элементарными преонами, каждый из которых несет по одному из 8 зарядов. Если эта теория верна, то, возможно, мы очень близки к окончательной, полной унификации всех сил с обладающими спином частицами вещества, причем фундаментальные заряды оказываются в ней проявлениями скрытых размерностей пространства!.