okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 27
Текст из файла (страница 27)
(Подумайте только о том, насколько узким было основание проекта электрогравитационпого объединения, над которым трудились Калуца, Клейн и Эйнштейн.) Обратимся теперь к астрофизике и космологии. Мне кажется очевидным, что без знания свойств таких фундаментальных элементов материи, как скаляры и счастицы, масштабом масс которых является ! ТэВ, невозможно найти уникальный космологический сценарий первых трех пикосекунд, определивших все дальнейшее развитие Вселенной. Или другой пример: знаменитое темное вещество, составляющее, по-видимому, основную массу Вселенной. Для выяснения его природы чрезвычайно важно знать спектр и другие свойства пока пе открытых нейтральных стабильных частиц (фотино (?), гравитино (?), аксионов (?) и т.
д.). Космология, как никогда ранее, нуждается в том знании, которое добывается в ускорительных лабораториях, 5 л. в. Окунь 129 и это должно быть предметом особой гордости ускорительщиков. Имеется глубокая и все углубляющаяся взаимозависимость между физикой частиц и небесной физикой. И мы испытываем чувство глубокой благодарности к астрофизике и космологии за то, что они дали нам такие путеводные звезды первой величины, как, например, (практически?) нулевой космологический член нли необходимость инфляционной стадии и несохранения барионов в сверхновой Вселенной. Симптоматично, что те же физики, которые работают на коллайдерах, участвуют в настоящее время и в больших астрофизических проектах, в том числе и подземных.
Творческая взаимозависимость связывает физику высоких энергий и с физикой низких энергий, и с атомной физикой (вспомним, например, о многочисленных ядерных и атомных экспериментах по исследованию несохранения четности илн о беспокойстве, вызванном недавними сенсационными сообщениями из Дармштадта о наблюдении странных линий в спектрах позитронов и электронов, испускаемых при столкновениях тяжелых ионов).
Даже гравиметрия стала в последнее время частью физики элементарных частиц. Я имею здесь в виду поиски так называемой «пятой силы» с эффективным радиусом порядка километра. Недавние сообщения о том, что такая сила, якобы открыта, оказались ложной сенсацией. Тем не менее вопрос этот заслуживает дальнейшего исследования на бюлее высоком уровне точности. Очевидно, что когда и если такое дальнодействие будет открыто, оно найдет самое широкое применение.
Мы являемся свидетелями и участниками, очень важного процесса — междисциплинарного синтеза. Растет понимание того, что дух творческой взаимозависимости требует суммирования и умножения усилий, а не вычитания и деления. Я уверен, что этот же дух будет определять взаимоотношения физики элементарных частиц с физикой твердого тела, химией, биологией и другими естественными науками. Фундаментальное знание является потенциальным источником фундаментальных благодеяний для человечества. Дополнительные деньги надо искать не путем сокращения бюджета лаборатории соседа. Уйма денег тратится впустую, тратится во зло, вне рамок чистой науки.
Заключим этими замечаниями описание общей картины ускорительной физики высоких энергий и обратимся к и ашим фундаментальным частицам. 130 В основе физического мира образца 1986 г. находятся 17 «элементовя: 6 лептопов (е, р, т, ч„ч„, ч ); 6 кварков (с[, з, Ь, и, с, 1); 4 векторных бозона (фотон у, глюон д, и вионы [«', Я); 1 гравитон. Заметьте, что я не считаю здесь античастицы н цветные степени свободы, что слово вибн — транслитерация английского сокращения тиои — твеай т1егтейп1е Ьозоп (по- английски произносится [па[оп[ по аналогии с р[оп), что 1-кварк пока окончательно не открыт и что гравитоны— отдельные кванты гравитационного поля — по-видимому, никогда не станут доступны экспериментальному наблюдению.
Следует подчеркнуть, что большинство из 17 фундаментальных. частиц были открыты в ускорительных опытах: 3 лептона (т, чи, ч,); все кварки (кварковая структура легких адронов, состоящих из и-, д-, з-кварков, многие из самых легких адронов и тяжелые адроны, содержащие тяжелые кварки: с и Ь); 3 векторных бозона (глюон и вионы). В лептонном секторе наиболее интересными и загадочными являются, конечно, нейтрино.
Перечислим ряд важных вопросов, относящихся к нейтрино. 1. Являются ли они массивными или безмассовыми? Если они массивны, каковы их массы? 2. Отличны ли нейтрино от соответствующих антинейтрино или они истинно нейтральны? 3. Вернб ли каждое из трех нейтрино своему заряженному партнеру и если нет, то как они осциллируют, каковы углы смешивания в лептанных заряженных токах? 4. Каковы величины электромагнитных дипольных моментов нейтрино, диагональных и'или недиагопальных? 5.
Не обладают ли нейтрино какими-либо аномальными взаимодействиями? 6. Существуют ли другие нейтрино, кроме ч„ч„, ч,? За последнее время верхние пределы на массы мюонного и тау-нейтриио существенно улучшились, но они все еще невообразимо велики по сравнению с тем, что ожидают для нейтринных масс теоретики. Что касается массы электронного (анти)нейтрино, то масса болыпе 20 эВ, на которую по-прежнему указывает группа ИТЭФ, не согласуется с недавними данными экс- 5« 131 перимента в институте СИН (Швейцария), которые естественным образом интерпретируются при т„=0 и не допускают т„)18 эВ. Ряд точных измерений массы электронного нейтрино будет завершен в ближайшем будущем. Так что если она больше 10 эВ, мы будем знать это довольно скоро с высокой надежностью.
Но чтобы пройти от 10 эВ до,! эВ, понадобится, по-вндимому, около десятилетия. Как известно, прямым сигналом нейтральности нейтрино послужило бы открытие безнейтринного двойного бета- распада. К сожалению, пока известны лишь нижние пределы для соответствующих времен полураспада, лучшие из которых приблизились в пос.ледние годы к 10" — 10" лег. В поисках нейтринных осцилляцнй экспериментальные достижения носят, скорее, отрицательный характер: некоторые положительные указания, полученные на реакторе в Бюже, почти полностью исключены последующими экспериментами на реакторах в Гезгене и Ровно. Но заслуживает специального упоминания очень интересное теоретическое предсказание Михеева и Смирнова, согласно которому в Солнце, с его медленно спадающей от центра к периферии плотностью, даже очень малый угол смешивания может привести к почти полному, резонансному превращению электронного нейтрино в мюонное или тауонное.
Этот новый резонансный механизм делает предсказания для будущих солнечных нейтринных детекторов (особенно, галлиевого) менее определенными, а соответствующие эксперименты еще более интересными. Будущие солнечные нейтринные детекторы (особенно жидкий аргоновый детектор) могут пролить свет на проблему нейтринных электромагнитных дипольных моментов. Если эти моменты порядка 10 " магнетона Бора и если магнитное поле в конвективной зоне Солнца достаточно сильное, то должны возникнуть 11-летние н полугодовые вариации потока солнечных нейтрино.
(Некоторые намеки на такие вариации можно увидеть в известных данных, полученных на хлор-аргонном детекторе Хоумстейк Майн.) Что касается возможных аномальных взаимодействий, в которых участвуют только нейтрино (и гипотетические нейтральные бозоны), то оказывается, что обнаружить на опыте такие взаимодействия очень трудно, даже если они сильные. Чисто лептонные слабые процессы очень чисты н поэтому могут быть использованы для проверки предсказаний !32 высших поправок электрослабой теории.
Именно это является целью нового нейтринного эксперимента в ЦЕРН, который будет измерять отношения сечений рассеяния мкюнного нейтрино и антинейтрино на электроне с точностью 2'т0. К сожалению, главные радиационные поправки имеют здесь тривиальное электромагнитное происхождение; нетривиальные электрослабые поправки могут стать наблюдаемыми в этом опыте, только если существуют новые тяжелые фермионы.
В связи с этим имеет смысл заметить, что четвертое поколение кварков и лептонов (с легким или даже безмассовым нейтрино) все еще не исключено ни лабораторными измерениями ширины Л-бозона, ни космологической теорией нуклеосинтеза в сочетании с наблюдательными данными о распространенности гелия. Я хотел бы заключить нейтринный раздел доклада полушутливым и полуриторическим вопросом: «Может быть, все же теоретикам легче открыть принцип, согласно которому нейтрино являются частицами без масс, осцилляций и уродливых взаимодействий, чем экспериментаторам открыть все это на опыте?». Обратимся теперь к кваркам.
Начнем с их слабых взаимодействий. Наше знание двух из трех углов смешивания все еще абсолютно неадекватно. Но наиболее сильное чувство неудовлетворенности вызывает нарушение СР. До сих пор эффекты нарушения СР наблюдались лишь в четырех каналах распада долгоживущих каонов: К0 — и+и, К' — и'л' К0 — аз тпт, К0 — рь тпт. Наибольший интерес вызывают амплитуды распадов на два заряженных пиона и на два нейтральных. Деленные на амплитуды соответствующих распадов Кз-мезонов, они обозначаются т1+ и т1„. Рассмотрим отношение Ч+ !Ч„. Фаза этой величины должна равняться нулю (с точностью порядка 1') в силу СРТ-симметрии. (На опыте эта фаза 9 ~5'.) Отклонение модуля этой величины от единицы является мерой прямых СР-нарушающих переходов СР-нечетной компоненты нейтрального каона в два пиона. Недавние измерения упомянутого модуля не вполне согласуются с предсказаниями стандартной теории, в которой все нарушение СР описывается одной фазой в матрице заряженных слабых кварковых токов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
