okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Если бы эти случаи действительно отвечали распаду протона, то его время жизни составляло бы примерно 5 10" лет. При таком времени жизни вопрос о нестабильности протона был бы окончательно решен в ближайшее время, когда вступят в строй многокилотонные подземные детекторы. Если бы время жизни протона оказалось в интервале 10" — 10" лет, мы должны были бы считать, что нам сильно 4 л, в. о«у«ь 97 повезло*). Дело в том, что ни одна из строящихся установок не могла бы зарегистрировать распад, если бы тр)10за лет. Многие специалисты считают, что при тр — — 1О" лет распад вообще практически невозможно обнаружить, настолько редко он происходит. Во всяком случае, детекторы для этого нужны колоссальнейшие.
Масса великого объединения лгу=!0" — 1О" ГэВ гораздо ближе к массе Планка тр — -10" ГэВ, чем к массам и энергиям, с которыми физики имеют дело на ускорителях. Если великое объединение действительно имеет место, то, несомненно, должна существовать связь между лтх и тл. Обнаружение распада протона было бы открытием века. Подобно камертону, оно настроило бы на планковскую частоту всю физику элементарных частиц и определило бы ее развитие на многие годы. Магнитные монополи По определению магнитный монополь — магнитпый заряд — является источником сферически-симметричного магнитного поля, напряженность которого спадает, как 1/г'.
На опыте магнитные монополи пока не обнаружены, Модели великого объединения, основанные на компактных полупростых н простых калибровочных группах (к последним относится, в частности, и Я(/(5)), содержат в качестве решений магнитные монополи. Эти монополи очень тяжелые: их массы порядка тх/аош т. е. порядка 10" ГэВ. Природа таких монополей совершенно не похожа на природу остальных элементарных частиц. Они представляют собой нетривиальную топологическую пространственно- протяженную конструкцию, построенную из неабелевых скалярных и калибровочных полей.
Монопольные решения 'в неабелевых калибровочных теориях впервые в 1974 г. построили 'т Хоофт и Поляков. Они йгашли для группы Я(/(2) с триплетом скалярных хиггсовых полей гр'(а=!, 2, 3) и триплетом калибровочных *) П р и м е ч а п н е (1983 — 1986 гг.). Коллаборация Ирвайа — Мичигаа — Брукхейвен, работаюшая на водяном черенковском детекторе массой 8000 тонн на глубине 1570 метров водного эквивалента, установила нижний предел т /В (р — етие) ) 2,5.10аз лет. Р Здесь т — время жизни протона, в В(р -ь е+пе) — относигельная парциальная ширина распадного канала р е+и". Этот результат исключает 5(/(5)-модель с минимальным набором частиц, но не исключает более сложные варианты великого объединения.
98 векторных полей А;„(р=О, т; т=1, 2, 3) следующее ре- шение: ~р« =сб,„—" Н(г), А;= О. Здесь е — калибровочный заряд; а — 1, 2, 3 — индексы координат в изотопнческом пространстве; Вп, и — -1, 2, 3— индексы координат х в обычном трехмерном пространстве (г»=х»); с — коэффициент, имеющий размерность массы; Н(г) и г(г) — безразмерные функции, равные О при г=О и быстро стремящиеся к 1 при г»!!с, т. е. вне сердцевины монополя; б, =1 при а=т, б, =О при и~т, а123 а«31 а»12 + 1 а132 ьзм ь»13 и а,„„=О, если хотя бы два из индексов одинаковы. По повторяющимся индексам подразумевается суммирование.
Такое решение обладает замечательной особенностью. Дело в том, что направления изотопического спина хиггсова и калибровочного полей в изотопическом пространстве являются функциями точек обычного пространства. При этом изотопический вектор хиггсова поля направлен в изотопическом пространстве'туда же, куда направлен радиус- вектор в обычном пространстве, а изотопический вектор калибровочного поля ортогонален ему. Поляков назвал такое решение «ежом». Используя локальную изотопическую инвариантность теории, можно попытаться «причесать» ежа, направив изотопнческне векторы хиггсова классического поля (конденсата) во всем пространстве одинаково, скажем по третьей оси, Тогда при стандартном определении электрического заряда хиггсов конденсат будет явным образом электрически нейтрален.
Он даст массы заряженным векторным полям и оставит безмассовым нейтральное векторное поле — фотон. В отличие от того, что мы имеем в электрослабой теории, такой хиггсов конденсат исчезает в малой (г~1!с) окрестности начала координат. Поэтому на таких малых расстояниях все три векторных поля безмассовы. Это отвечает тому, что внутри монополя калибровочная Я/(2)-симметрия не нарушена. Легко видеть (рис. ЗЗ), что причесать ежа с помощью полностью непрерывного преобразования не удается.
На рисунке видна особенность вдоль полуоси от центра в направлении южного полюса. Можно показать, что эта особенность отвечает дираковой нити — - бесконечно тонкому ненаблюдаемому соленоиду, поставляющему поток магнитного поля внутрь монополя, откуда он сферически-симд/ ф а) Рис. 33 метрично «разбрызгивается» по всему пространству.
Можно показать, что при этом магнитное поле имеет вид Я „„«/.з где )»=1/е — магнитный заряд. Если учесть, что минимальный электрический заряд в такой 5(/(2)-теории будут иметь частицы с зарядами +е/2 и — е/2, образующие гипернейтральный изотопический дублет, то видно, что монополь 'т Хоофта — Полякова удовлетворяет известному условию Дирака: 1»=1/(2е м). Что касается массы И/(2)- монополя, то можно показать, что она должна быть порядка гл„/а, где тг — масса заряженных векторных частиц, Независимо от того, в какой калибровке записывать монополь, вакуум даже бесконечно далеко от него оказывается «испорченным», не совпадающим с обычным вакуумом Для «непричесанного» ежа он отличается своей «непричесанностью», для «причесанного» ежа — уходящей на бесконечность дираковой нитью.
В этом,' — принципиальное отличие одиночных магнитных монополей от обычных частиц. Чтобы родить одиночный монополь, пришлось бы переделать всю Вселенную. В том случае, если имеется пара монополь + антимонополь, дираковская нить связывает их между собой, и вакуум на бесконечности остается обычным. Но такая пара не может существовать в течение бесконечно долгого вре- юо меня, так как, притягиваясь друг к другу, монополь и а~- тимонополь сблизятся и в конечном счете проаннигилируют. В электрослабой теории неабелевы монополи с массой порядка т, !а не возникают из-за того, что группа не является ни простой, ни полупростой: она содержит абелеву инвариантную подгруппу.
Однако неабелевы монополи предсказываются моделями великого объединения и, в частности, Я(/(5)-моделью. Массы таких гранд-монополей должны быть порядка тх/аоп и составлять примерно 1О" ГэВ. Среди гранд-монополей должны быть как бесцветные, чисто электромагнитные, так и цветные, обладающие и магнитным и хромомагнитным зарядами. Из-за очень большой массы гранд-монополей их рождение с помощью ускорителей невозможно. Остается охота за реликтовыми монополями, оставшимися (?) в наследство от большого взрыва. Но как искать их? Релятивистские монополи должны сильно ионизовать вещество из-за болыпой величины магнитного заряда. Безуспешные поиски таких «жирных» ионизационных треков дают верхний предел на поток быстрых монополей (1О ' — !О ') м 'стер ' день '.
Медленные монополи (о!г(10 ') не ионизуют атомы, и по ионизационному следу их наблюдать невозможно. Однако их можно детектировать по скачку тока в сверхпроводящей катушке. Недавний эксперимент в Станфордском университете, использовавший такую катушку, дал верхний предел 0,6 м '.стер '.день ' и одно событие, которое выглядит как прохождение сквозь катушку монополя. В последнее время (эти строки пишутся осенью 1982 г.) оживленно обсуждаются соображения, выдвинутые Рубаковым, согласно которым процессы типа р+ монополь — а++монополь+манон и1нлн пара лептоноа могли бы иметь сечения, сравнимые с сечениями обычных адронных неупругих процессов.
В таком индуцированном распаде протона монополь играет роль катализатора: ои сохраняется и, в принципе, мог бы разрушить последовательно неограниченное число протонов. Если бы сечение индуцированного распада было велико, то в детекторе, предназначенном для поисков распада протона, прохождение монополя вызвало бы цепочку протонных распадов 1п~ (практически совпадающих во времени). Это было бы очень красивое явление. Уже появились предложения использовать катализ протонного распада остановившимися монополями для производства энергии.
По утверждениям оптимистов, это могло бы навсегда освободить человечество от угрозы энергетического кризиса. Сегодня трудно всерьез обсуждать перспективу того, что электростанции ХХ1 в. будут работать па энергии протонного распада, индуцируемого щепоткой ') магнитных монополей. Есть много неясного в оценке сечения процесса индуцированного распада, неясно, существуют ли во Вселенной магнитные монополи, и, наконец, сама идея великого объединения и несохранения барионов все еще остается смелой теоретической гипотезой, пока не открыт «обычный», спонтанный распад протона. Но даже скептик не может не согласиться с тем, что «мысленный эксперимент» по использованию монополей очень поучителен. Он представляет собой инсценировку того, каким образом самые абстрактные теоретические построения могли бы в один прекрасный день привести к великой технической революции.
Модели, модели, модели Группа 50(5) выделена из групп, которые используются в литературе для построения моделей великого объединения, тем, что имеет наименьший ранг (равный 4). Ее достоинством является относительная жесткость ее предсказаний. К числу ее недостатков можно отнести то обстоятельство, что фермионы различных поколений не объединены между собой и даже фермионы одного поколения не описываются единым неприводимым представлением группы. Этот последний недостаток отсутствует в ортогональной группе 50(10), имеющей ранг 5 и содержащей группу Я/~5) в качестве своей подгруппы: 50 (10):>о (т'(5).
Спинорный мультиплет группы 50(10) содержит 16 компонент и объединяет все левые спиноры одного поколения, включая левое антинейтрино: 15аола! — '- (1 5: 15)зшм ») Не следует забывать, что при атомном весе порядка !О'а û один грамм-атом монополей <весил» бы 10" г = 10" тонн, так что «щепотка» монополей была бы довольно увесистой. !02 Группа 50(10) допускает существование некоторых явлений, которые запрещены в группе 5У(5). В частности, в рамках 5 У(б) несохранение барионного квантового числа В жестко связано с несохранением лептонного квантового числа Е, так что  — Е сохраняется (как, например, в распаде р-+ е+п'). В группе 50(10) закон сохранения Л( — Е)=-0 может нарушаться при достаточно богатом наборе хиггсовых полей. На опыте это может проявляться в существовании нейтрон-антинейтронных осцилляций в вакууме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
