okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Но то, что мы знаем, мы знаем. Итак, в области их применимости современные теории безусловно надежны. Другое дело, что, пользуясь этими теориями, мы часто экстраполируем их очень далеко, в те области, где они не проверены экспериментально. Иногда такая экстраполяция делается неосознанно, и тогда, когда она приходит в столкновение с фактами, возникают противоречия и парадоксы. Но в большинстве случаев экстраполяция проводится вполне сознательно. Яркий пример далекой экстраполяции дает гравитация. Как мы уже говорили, экспериментально гравитационное взаимодействие измерено лишь до расстояний порядка нескольких сантиметров, а между тем классическая теория гравитационного взаимодействия (ОТО) считается справедливой вплоть до расстояний, близких к планковскнм, т.
е. до расстояний порядка 1О " см, где вступают в игру сильные квантовые поправки. Есть ли основания для такой экстраполяции? Безусловно, есть. ОТΠ— очень красивая теория, и без крайней нужды было бы легкомысленно отказываться от нее, модифицировать ее. Тем более, что красивых теоретических моделей, где гравитационное взаимодействие модифициру- 121 ется на каких-то промежуточных расстояниях, нет. Физики предпочитают обрезать такие необязательные мыслимые модификации бритвой Оккама.
И тем не менее, по моему глубокому убеждению, надо пользоваться каждым удобным случаем, чтобы расширять область знания и уменьшать область веры. Принцип максимально возможной экстраполяции следует дополнить принципом максимально возможной проверки. В частности, если говорить о гравитации, было бы интересно проверить закон Ньютона на минимально возможных расстояниях. Хорошо бы при этом, пусть даже с очень грубой точностью, дойти до долей миллиметра. Заметим кстати, что и для больших расстояний, превышающих размеры Солнечной системы, стандартное гравитационное взаимодействие количественно не проверено. В случае гравитации экстраполяция делается вполне осознанно; однако, как уже было упомянуто, имеются случаи, когда это не так.
Например, существует широко распространенное мнение, что никаких других дальнодействий кроме электромагнитного и гравитационного, в природе нет. Кажется очень правдоподобным, что это именно так. Во всяком случае, никаких экспериментальных оснований для введения новых дальнодействий у нас в настоящее время нет. Необходимо, однако, отчетливо понимать, что сделанные до сих пор опыты оставляют еще довольно много белых пятен на карте дальнодействий. Лучше всего проверено отсутствие так называемых барионных и лептонных фотонов — гипотетических безмассовых векторных частиц, источниками которых являлись бы соответственно барионный и лептонный заряды.
Как это ни парадоксально, наилучшие верхние пределы ~ а константы ал и аь взаимодействия этих фотояов дают опыты Этвеша, выполненные в начале века, и несколько более точные аналогичные опыты, выполненные позднее. Как известно, в опытах Этвеша проверялась независимость периода колебаний маятника от типа материала, из которого сделан маятник, т, е., по существу, проверялось равенство инертной и гравитационной масс. Поскольку гравитационное взаимодействие очень слабое, то даже небольшое дополнительное дальнодействие между барионами или лептонами Земли и маятника выглядело бы в этих опытах как нарушение равенства инертной и гравитационной масс. Ведь масса атома не пропорциональна числу содержащихся в нем электронов и, в силу ядерного дефекта масс, лишь приближенно пропорциональна числу нуклонов.
122 Получающаяся из опытов типа Этвеша верхняя граница иа константу взаимодействия барионных фотонов ав составляет 10 ", а на константу лептонных фотонов а,— 10 ". Это следует сравнить с обычным электромагнитным взаимодействием, где а=1/!37. Существование дальнодействий с константами ав, аь, меньшими 10 ", многим кажется неправдоподобным, по крайней мере в настоящее время. Существенно худшие ограничения имеются для других возможных типов взаимодействий.
Так, например, непускание и поглощение гипотетических нейтральных безмассовых псевдоскалярных частиц могло бы приводить к интересным спиновым эффектам, похожим на взаимодействие магнитных моментов частиц с электромагнитным полем. Однако, в отличие от обычного электромагнитного поля, псевдоскалярное поле нельзя было бы заэкранировать с помощью металлических илн каких-либо иных экранов. Нельзя считать исключенным и существование цеабелевых дальнодействий, осуществляемых сколь угодно длинными и прочными глюоноподобными нитями. Из-за отсутствия дополнительного вырождения у известных в настоящее время частиц эти частицы не могут играть роль кварков по отношению к этим новым гипотетическим глюонам.
Но если бы такие кварки существовали и если бы они были не очень тяжелыми, их можно было бы обнаружить на встречных пучках высоких энергий. При этом рожденная пара кварк + антикварк была бы связана удлиняющейся нитью. Пора, однако, вернуться от этих необоснованных, хотя и не опровергнутых, фантазий к основному потоку современной физики.
Если оптимистически предположить, что человечество выйдет нз угрожающих ему военных, экономических, экологических кризисов, сохранив основные человеческие ценности вообще и чистую науку в частности, — если оптимистически предположить, далее, что в. предстоящие десятилетия успешное развитие физики элементарных частиц не будет заторможена различными ненаучныии обстоятельствами, — если оптимистически предположить, наконец, что надежды физиков-теоретиков осуществятся и будут открыты промежуточные векторные бозоны "), скалярные бозоны, распад протона, массы нейтрино и суперчастицы, *) См. примечание на с. !25. 123 — 6слн предположить, что зсе э~о осуществится, то можно ли будет сказать тогда, что физический мир понят до конца, что фундаментальная физика кончилась? Отрицательный ответ на этот вопрос кажется мне самоочевидным.
В нарисованной выше картине слишком много фундаментальных частиц, слишком много произвольных параметров. По существу, в ней остается нераскрытой внутренняя сущность таких основных понятий, как спин и заряд. Все это наталкивает на мысль, что существует более глубокий уровень физического мира — субкварковый, субэлектронный н, может быть, даже субфотонный.
В литературе имеются сотни спекулятивных статей, посвященных субмикромнру, и десятки названий для субчастиц: преоны, ришоны, хаплоны, глики ... Одна из основных нерешенных проблем здесь, как построить очень маленькие по размеру и очень легкие, практически безмассовые частицы из субчастиц, которые должны при этом находиться на очень малых расстояниях. Ни в атомах, ни в ядрах, ни в нуклонах мы с этой проблемой не встречалнсь.
Если опираться на соотношение неопределенности, то уровня системы, имеющей очень чалые размеры г, должны далеко отстоять друг от друга: Лпт-1~». На основе прекрасного согласия с квантовой электродннамнкой магнитных моментов электрона и мюона можно заключить, что г~(1 ТэВ) '. Следовательно, Лт должно быть «1 ТэВ. Так что рассматривать, скажем, мкюн как возбужденное состояние электрона не удается. Другая трудность заключается в том, что если у различных частиц имеются общие констнтуенты, то эти частицы довольно быстро должны переходить друг в друга, например: р е'-) п', р- а+у и т. д., чего в действительности не происходит.
Если же увеличить число различных субчастиц, то существенного упрощения по сравнению со стандартной картиной не возникает. Прогнозировать перспективы развития фундаментальной физики очень трудно. Развитие физики выглядит логически последовательным лишь в ретроспективе. Если же обратиться не к «послесказаниям», а к предсказаниям, то очередной важный и~аг почти всегда неожидан и очень часто не воспринимается всерьез не только теми, кто смотрят со стороны, но н теми, кто его делает. 124 Если попытаться тем не менее подумать о будущем, то кажется очень правдоподобным, что следующий шаг на пути дальнейшей унификации физики станет возможным лишь в результате открытия какого-то нового фундаментального принципа.
Чтобы стать проще, физика должна стать еще более нетривиальной. Простой простоты не будет. Примечание (осень 1983 г.) Через несиолько месяцев после того, как эта книга была закончена, коллаборации ()А! и !)А2, работающие на РР-коллайдере ЦЕРН, сообщили о наблюдении первых случаев рождения и распада Ф'-бозонов. Первое сообщение об открытии (Р-базенов было сделано 20 января !983 г. на семинаре в ЦЕРН. Соответствующие зботы опубликованы в виде препринтов: 2! января (()А1-Со!!а. ога!1оп) и 15 февраля (ПА2-Со!!аЬога!!оп), а затем в виде журнальных статей; Агл(зол С, е1 а01 РЬуз.
1.ем.— !983.— Ч. 122В.— Р. !03 и Ваплег М. е1 а(.о РЬуз. 1 ем.— 1983,— Ч. 122В.— Р. 476. Образование )Р'-базенов было зарегистрировано по их распаду на электрон и нейтрино. Масса Ф'-бовена оказалась равной примерно 80 ГэВ, что находится в согласен с теоретическими предсказаниями. В июне 1983 г. группа ()А! сообщила (Агп(яоп С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
