![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
На переднем крае физики микромира ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5
Генеральным направлением в физике микромира является установление единой первопричины всех четырех фундаментальных взаимодействий, то есть создание такой теории, в которой все известные сейчас взаимодействия были бы частными случаями одного фундаментального взаимодействия. Известно, что этим вопросом с 1933 г. вплоть до своей смерти (1955) занимался А. Эйнштейн, однако его попытки построить единую теорию поля окончились неудачей. Несмотря на это, ученые все чаще обращаются к работам Эйнштейна в области единой теории поля, так как они содержат удивительно глубокие мысли, намного опередившие свое время. Например, чрезвычайно плодотворной оказалась идея Эйнштейна о том, что единая теория поля должна формулироваться в терминах многомерного пространства-времени. И действительно, выводы современной теории суперструн, являющейся одним из вариантов суперобъединения всех фундаментальных взаимодействий, формулируются для десятимерного пространства— времени. Первый серьезный успех на пути к единому описанию всех взаимодействий был достигнут в конце 1960-хгг., когда удалось найти согласующийся с опытом вариант теории, объединяющий электромагнитное и слабое взаимодействия. Авторам этой теории электрослабого взаимодействия А. Саламу, С. Вайнбергу и Ш. Глэшоу в 1979 г. была присуждена Нобелевская премия. Следующим шагом стала попытка физиков-теоретиков объединить электрослабое и сильное взаимодействие. Речь идет о так называемом Великом объединении (Grand Unification), в котором оба названных взаимодействия выступали бы как разные аспекты одного явления. И здесь достигнуты впечатляющие результаты, которые, однако, нуждаются в экспериментальном подтверждении. Например, одним из самых заветных желаний физиков сейчас является экспериментальное обнаружение с помощью Большого Адронного Коллайдера (БАК) бозонов Хиггса — частиц, вызывающих спонтанное нарушение симметрии Великого объединения, которое и приводит к наблюдаемым различиям электрослабого и сильного взаимодействия. «Стоимость» удовлетворения этого желания составляет несколько миллиардов долларов. Другой проблемой на пути экспериментального обоснования теории Великого объединения является наблюдение возможного распада протона, который вне рамок этой теории считается абсолютно устойчивым. Дело в том, что главным следствием теории Великого объединения является необходимость существования наряду с глюонами, фотоном и промежуточными бозонами, ответственными за уже известные взаимодействия, новых элементарных частиц, испускание или поглощение которых должно приводить к прямому превращению кварка в лептон (ведь в теории Великого объединения уже нет принципиальной разницы между этими частицами). А это значит, что протон должен быть нестабильным в связи с возможностью исчезновения одного или нескольких составляющих его кварков. В частности, протон может распасться на π °-мезон (связанное состояние кварк-антикварк) и позитрон е+. Распад протона — чрезвычайно маловероятное событие, так что время жизни протона должно превышать 1031-1032 лет. Такое время гораздо больше времени существования Вселенной (~1010лет), хотя это и не означает, что подобный распад принципиально невозможно обнаружить. Что касается «суперобъединения» всех четырех фундаментальных взаимодействий, то на этом пути делаются только первые шаги. В рамках обычной теории поля, где частицы рассматриваются как точечные, не удается построить ни одной удовлетворительной квантовой теории гравитации. В настоящее время большие надежды возлагаются на теорию суперструн, которая развивается с удивительной скоростью, так как все больше и больше физиков-теоретиков участвуют в ее разработке. Считается, что эта теория даст возможность изучать взаимодействия между частицами на расстояниях, меньших так называемой планковской длины. Этим термином называют расстояние L между двумя заряженными частицами, на котором энергия кванта электромагнитного взаимодействия W = hv становится равной энергии гравитационного взаимодействия Wg=Gm2/L. Планковская длина равна 1, 6х10-35м. В такой теории частица рассматривается не как точечный объект, а как струна (со свободными концами или замкнутая), колеблющаяся определенным образом в десятимерном пространстве-времени. Итак, универсальная теория, которая появится еще не скоро, должна будет объединить четыре фундаментальных взаимодействия, их симметрии и нарушение последних, приводящее к существованию различных семейств кварков и лептонов. При этом исключительно актуальной представляется задача экспериментального обнаружения частиц, предсказываемых суперсимметричными теориями. В то же время следует отдавать отчет в том, что чрезвычайно малые длины и очень большие энергии взаимодействия делают эту задачу трудновыполнимой. Вот что имелось в виду в начале лекции, когда говорилось, что при благоприятных обстоятельствах мы лишь примерно через двести лет сможем непосредственно работать на «планковских» масштабах.
|