ПЕРСПЕКТИВА ПОДАЛЬШОГО ОБ'ЄДНАННЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНИХ ВЗАЄМОДІЙ

Підтвердження реальності існування векторних бозонів (їх ще називають проміжними бозонами) стимулювало теоретичний аналіз їх можливої ролі у взаємодіях сильних. Для сильних взаємодій сучасна фізика не заперечує теорію пі мезоіпого поля Юкави, як СТО Ейнштейна не заперечую механіку

Ньютона. На більш глибокому, більш фундаментальному рівні л-мезони складаються з кварків. Тому взаємодія проміжних бозонів тепер розглядають саме з кварками, а не з мезонним полем.

Сучасна теорія сильних взаємодій показує, що є певна аналогія в процесах взаємодії проміжних бозонів з лептонами і з кварками (табл. 12).

Таблиця 12

Аналогія в реакціях перетворення фундаментальних частинок

пептони

кварки

т " -> v T + W

d і + W

| Г - + v e + W ~

і -е d + W '

Реакції взаємоперетворення відбуваються всередині виділених родин за участю векторних бозонів, ці частинки входять в обидві теорії. На підставі аналогії цих та багатьох інших більш складних взаємодій, виникла ідея про подальше об'єднання, що отримала образну назву Великого об'єднання. Попередні теоретичні опрацювання, виконані за останні роки, показали, що наступні етапи об'єднання електрослабкої і сильних взаємодій можливі тільки при досягненні енергії близько 10 24 еВ. При таких енергіях частки одного сімейства (лептонів) зможуть перетворюватися в частинки іншого сімейства (кварків).

Можливості сучасних прискорювачів на зустрічних пучках протонів і антипротонів (суперколлайдер LHC) в найближчій перспективі не перевищать 10 1 'еВ. Як бачимо, питання про експериментальну перевірку теорії Великого об'єднання поки не ставиться. Проте, слід привести схему меж, при досягненні яких не виключено підвищення симетрії фундаментальних взаємодій (табл. 13, рис. 64).

Схема етапів зниження симетрії взаємодій

Мал. 64. Схема етапів зниження симетрії взаємодій

Вважається, що Велике об'єднання може описати квантова теорія калібрувальних полів, розвиваюча сучасну квантову хромодинаміки.

Відзначимо, що вся експериментальна база сучасної фізики мікросвіту підтверджує існування лише трьох поколінь фундаментальних частинок, таблиця яких вже наводилася вище.

Таблиця 13

Енергетичні пороги об'єднання взаємодій

Назва

об'єднавчої

теорії

Досягнення симетрії у взаємодіях частинок

Енергетичний поріг об'єднання, еВ

електрослабка

взаємодія

пептонов

ю 11

Велике

об'єднання

Пептонов і кварків

ю 24

супергравітації

Пептонов, кварків і Гравітон

10 28

Остання перевірка цього положення була проведена порівняно недавно в експериментах на зустрічних пучках електронів і позитронів (на прискорювачі LEP, який кілька років тому був розібраний, щоб дати життя новій, більш потужному прискорювача LHC). Аналізу піддали резонансні криві, що передбачаються для Z-частинки за різними варіантами теорії, їх порівняли з даними по більш десяти тисячам подій освіти Z-бозонів, які спостерігалися в CERN.

При збільшенні енергії соударяющихся електрона і позитрона змінюється вихід Z-частинок, так що амплітуда розподілу і ширина піку па напіввисоті залежать від числа поколінь фундаментальних складових речовини. По тому теоретичному розподілу, на яке «укладаються» експериментальні результати, можна зробити висновок про кількість поколінь фундаментальних частинок. Виявилося, що всі експериментальні дані узгоджуються з припущенням про існування трьох поколінь фундаментальних частинок речовини.

Крім того, відповідно до теорії Великого об'єднання протон не є стабільною часткою і може розпадатися на позитрон і нейтральний півонія або на позитивний півонія і нейтрино. Час розпаду за первісним варіантом становило 10 '° років. Спроби виявити розпад протона не увінчалися успіхом, гак що час стабільно-

32

сті протона, по крайней мере, більше 10 "років. Таким чином, ясно, що теорія поки ще далека від завершення. Якщо розпад виявлять, це буде свідченням вірності ідеї Великого об'єднання.

В останні роки активно розвивається ідея мікрочастинок-струн. Вона пов'язана з однією з особливостей енергії взаємодії, з її обернено пропорційною залежністю від відстані. Коли відстань прагне до нуля, величина енергії прямує до нескінченності, що призводить до втрати фізичного сенсу. Якщо ж розглядати деякий лінійний, а не точковий об'єкт, то енергія взаємодії прагне до великої, але кінцевої граничної величини. Таким шляхом расходимость енергії на малих дистанціях усувається.

Слід зазначити, що енергії близько 10 28 еВ в принципі недосяжні для людства, оскільки такий рівень енергії елементарні частинки мали тільки в перші миті після народження Всесвіту. У міру її розширення щільність енергії зменшувалася і відбувалося порогове зниження симетрії фундаментальних взаємодій.

Реакції народження бозонів Хіггса

Мал. 65. Реакції народження бозонів Хіггса

Першочерговим завданням експериментальних досліджень мікросвіту, які планують в найближчі роки проводити на зустрічних пучках протонів (суперколлайдер LHC), є пошук бозонів Хіггса.

Для їх виявлення теорія передбачає деякі можливі варіанти реакцій з їх участю. На рис. 65 бозони Хіггса позначені грецькою буквою кварки позначені символом q , а глюони - g.

Участь Росії в реалізації експериментів на суперколайдера полягає в розробці, виготовленні та постачанні в CERN детектора з рекордними параметрами реєстрації мікрочастинок - 800 000 000 часток в секунду.

Іншою проблемою для вирішення на прискорювачі LHC є пошук дуже масивних і дуже слабо взаємодіючих частинок, які можуть залишитися у Всесвіті з перших миттєвостей її еволюції. Це частинки так званої «темної матерії», якій, судячи з ряду спостережень, виконаних при дослідженні Всесвіту, на порядок більше, ніж відомого речовини в ній. Як припускають теоретики, частки «темної матерії» зможуть проявити себе в реакціях з іншими частинками дуже високих енергій, досяжних на суперколайдера LHC.

Таким чином, в сучасному природознавстві дослідження мікросвіту об'єднуються з проблемами дослідження мегамира, в космології виявляються необхідними відомості про властивості і поведінці елементарних частинок.

Завдання для самостійної роботи
  • 1. Наведіть приклад використання терміна «потенціал» в гуманітарній області.
  • 2. Запишіть, в яких випадках ми помічаємо інерційність нашого тіла. Чи доводилося Вам відчувати почуття невагомості або ослаблення Вашої ваги?
  • 3. Наведіть приклад електризації будь-яких тіл (бажано Вашого). Чи можна вважати, що при електризації відбувається народження зарядів протилежних знаків?
  • 4. На підставі матеріалу п. 5.4.1 дайте пояснення вицвітання картин і шпалер на сонячному світлі. Які процеси відбуваються при цьому в фарбах?
  • 5. Чи можна спостерігати явище інтерференції світла в повсякденному житті? Наведіть приклад спостереження інтерференції світла в тонких плівках.
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >