В настоящее время «истинно элементарными», бесструктурными сегодня считаются шестнадцать частиц (у тринадцати из них есть свои античастицы). Из шести кварков в различных сочетаниях с антикварками получаются про¬тоны, нейтроны и многие другие частицы (адроны). Гипотеза о кварках была выска¬зана в 1964 году, а последний, так называемый «верхний», или топ-кварк, обнаружили сравнительно недавно. Еще шесть частиц относятся к так называемым лептонам. Это электрон, мюон и таон. С ними ассоциированы три, пожалуй, самые таинственные частицы микромира — нейтрино. Феноменальная проникающая способность, отсутствие заряда и чрезвычайно малая масса долгие годы делали их неуловимыми. Вплоть до лета 2000 года судить об их появлении в различных реакциях можно было только по косвенным признакам. И, наконец, последние четыре частицы служат переносчиками взаимодействий. Современная физика знает четыре вида взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны, кварки внутри частиц в процессе сильного взаимодействия соединяются глюонами. Слабое взаимодействие между частицами осуществляют так называемые W- и Z-бозоны». Переносчиками гравитационного взаимодействия гипотетически являются (теоретически предсказанные, но экспериментально пока не обнаруженные) гравитоны. Когда-то, на ранних стадиях существования Вселенной, все они были слиты в одно универсальное взаимодействие. Попытки создать его теорию успехом пока не увенчались, объединить удалось только слабое и электромагнитное в одно электрослабое взаимодействие. Крупнейшим достижением теоретической физики стало создание согласованной картины микромира так называемой Стандартной модели. Она с общих позиций описывает все три взаимодействия - сильное, слабое и электромагнитное. Сегодня нет ни одного эксперимента, который бы прямо противоречил Стандартной модели. Рассмотрим кратко теорию единого электрического взаимодействия. Эта теория была окончательно построена к 1967 г. Независимо друг от друга двумя физиками – теоретиками – А.Саламом и С.Вайнбергом. Эта теория описала все известные тогда явления. Согласно этой теории, слабое и электромагнитное взаимодействие переносится четырьмя векторными частицами (промежуточными векторными бозонами): двумя заряженными мезонами с массой около 80 масс протона, нейтральным мезоном с массой около 90 масс протона и фотоном – нейтральной векторной частицей с нулевой массой. Многие предсказания теории электронного взаимодействия были экспериментально подтверждены: в 1973г., были открыты нейтральные реакции, а в 1983г. – промежуточные векторные бозоны. Это убедительно подтвердило теорию электрослабого взаимодействия. Однако практически объединение слабого и электромагнитного взаимодействия происходит лишь при Т>1015К (энергия частиц достигает при этом свыше 100 ГэВ). В этих условиях переносчики электромагнитного взаимодействия – W+,W-,Z0 – бозоны и фотоны – имеются в изобилии и не обладают массами. Обмен бозонами осуществляется столь же эффективно, как и фотонами, а сами бозоны образуются так же легко, как и фотоны. Это и обуславливает существование полной симметрии между слабыми и электромагнитными взаимодействиями. Единое электрослабое взаимодействие характеризуется двумя безразмерными константами: ;1;0,01 и ;2;0,03, а константы слабого и электромагнитного взаимодействия выражаются через них простыми линейными соответствиями. При более низких температурах между слабым и электромагнитным взаимодействиями имеется существенная разница. Она проявляется в том, что слабое взаимодействие происходит только на малых расстояниях – порядка 10-16 см. Это связано с огромной массой бозонов. Взаимодействовать они могут, только находясь очень близко друг к другу. Останавливаться на теоретических положениях Стандартной модели, объединяющей сильное, слабое и электромагнитное взаимодействие, мы не будем. Отметим лишь, что на практике объединение трех взаимодействий происходит при E=1014 ГэВ. Следует отметить, что слияние трех взаимодействий происходит лишь на микроскопически малых расстояниях r=10-28см. При столь больших энергиях интенсивно рождаются переносчики универсального взаимодействия — очень массивные Х - и У-бозоны. Их массы в энергетических единицах соответствуют 1014 ГэВ. Именно поэтому они могут эффективно рождаться только при очень больших энергиях, меньших энергиях, мы с этими частицами не встречались. Свойства Х- и У-переносчиков поистине удивительны: они могут превращать кварки в лептоны и обратно, а также кварки в антикварки. Таким образом, Х - п У-частицы - это своеобразные лептокварки. Теперь стер¬лось различие между кварками и лептонами, которое существовало при низких температурах, и они выступают как различные проявления некой «сверхчастицы». Это исчезновение различия означает возникновение новой, более высокой симметрии — симметрии Великого объединения. Единственная сила, оставшаяся пока в стороне, - это гравитационная, действию которой подвер¬гаются абсолютно все виды материи. Осталось немного - объединить силу гравитации с уже объединенной уни¬версальной силой Великого взаимодействия. Но этот последний шаг оказался и самым трудным. Физикам удалось вычислить величину энергии, при которой все четыре вида взаимодействия становятся единым целым. Эта энергия выводится из формулы, объединяющей три фундаментальные константы (h, c и G): En=;с5h/G;1019ГэВ Естественно, на практике энергия такого масштаба недостижима (она соответсвует огромному значению температуры, которую имела Вселенная в момент Большого Взрыва). Возникает вопрос: а не является ли «неподчинение» гравитационного взаимодействия Стандартной модели явлением закономерным? Ведь тетраэдра», гравитация является тем типом физического взаимодействия, который принципиально отличается от трех других. Практическое единство четырех типов взаимодействия было возможно лишь в состоянии сингулярности, моделирование которого в настоящее время не представляется возможным.
Помочь сайту
Поздравления
