okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 42
Текст из файла (страница 42)
От исходного изотопического дублета скалярных полей остается прн этом одно нейтральное поле — поле так называемого хиггсова бозона. Пока не доказано, что именно такая картина ре- $99 ааизуется в природе, поскольку хиггсовы озоны иа опыте , не наблюдались.
Их поиски являются одн й из важнейших задач физики высоних энергий. Супермультиплет — суперсимметричны мультиплет, объединяющий фермиоиы и бозоны. Простерший супермультиплет содержит одну векторную и одну сйинорную частицу, например фотон и безмассовое нейтральное фотино. Такой супермультиплет называют калибрфвочным мультиплетом У=1-суперсимметрии. В Ж=-1-супфсимметрии имеется также другой тип супермультнплета — киральный, содержащий безмассовое майораново нейтрино и два бесспиновых нейтральных безмассовых бозона: скалярный и псевдоскалярный. В вариантах расширенной суперсимметрии (2«"'У~8) супермультиплеты содержат большое число частиц.
Суперструны — гипотетические одномерные объекты, имекацие линейные размеры порядка планковской длины, 1ж1р — — 1/трж10 " см и характерное натяжение (энергия на единицу длины) порядка т', где тр — масса Планка. Основному состоянию суперструны отвечают безмассовые частицы (или практически безмассовые, в масштабе тр), число которых определяется видом струны и группой внутренней симметрии. Возбуждения суперструны образуют бесконечный спектр уровней (частиц), характерным масштабом, «шагом» которого является тр. Таким образом, с квантово-полевой точки зрения теория одной суперструны является теорией бесконечно большого числа квантовых полей. Приставка «супер» указывает на то, что спектр частиц, описываемых суперструной, обладает суперсимметрией, т.
е. бозон-фермионной симметрией. В частности, числа бозонных и фермионных возбуждений одинаковы, а их массы вырождены. Незамкнутым, открытым суперструнам («палочкам») отвечают частицы со спином ! и 112. Замкнутым супер- струнам («колечкам») отвечают частицы со спином 2, 312, 1, ! /2 и О.
Минимальная размерность пространства— времени, в котором можно построить непротиворечивую теорию суперструны, равна !О; одна временная координата и девять пространственных. Чтобы теория «колечек» была внутренне самосогласованной (не содержала аномалий), необходимо, чтобы группа калибровочной симметрии суперструны была Е, х Е;. Предполагается, что при компактификации !О-мерного пространства шесть пространственных измерений образуют компактное многообра- зею зие с характерными размерами порядка 1/тр, а оставшиеся четыре измерения — это «наше» обычное пространство Минковского.
При компактификации группа Е„нарушается (возможно, например, по цепочке Е«Е„- 5(/(б)- 5(/(3) х Р.5(/(2) х(/(1) 5(/(3),х(/(1),„или по какой-то иной схеме). Что касается группы Е;, то она описывает гипотетические частицы, которые с «нашими» частицами взаимодействуют лишь гравитационным образом. С теорией суперструн связаны ожидания, что она явится «теорией всего» вЂ” всех частиц и взаимодействий, включая гравитацию. Однако легкого и быстрого пути к этой великой цели пока не видно. Счастицы (от английского зрагВс1ез) — гипотетические частицы — суперпартнеры обычных частиц. Существование счастиц (суперчастиц) — предсказывается теоретическими моделями, основанными на суперсимметрии.
Обычно суперчастица обозначается тем же символом, что и соответствующая частица, но со знаком тильда над ней, например у, е, </ (очень редко используются штрихи, у', е', </', или шляпки, у, е, </). В связи с этим знак тильда все реже используется для обозначения античастиц, здесь ее все чаще заменяет черточка. В выборе названий для различных счастиц полного единства пока нет.
Твердо устоялись термины фотино и глюино. Суперпартнеры кварков и электронов называют обычно скварками и сэлектронами. Суперпартнеры )Т<- и Л-бозонов называют айно и эйно, а хиггсова бозона — либо схиггсом, либо хиггсино. Тождественность элементарных частиц — одно из наиболее фундаментальных свойств элементарных частиц, которое заключается в том, что все частицы данного сорта тождественны друг другу. Во Вселенной имеется примерно 10«» электронов. Все эти электроны одинаковы и неразличимы, то же относится и к протонам, и к нейтронам, и к атомам, построенным из этих частиц. Совершенно тождественны друг другу и нестабильные частицы каждого данного типа, рождающиеся в столкновениях при высоких энергиях.
При этом все бозоны данного типа находятся во Вселенной в состоянии, симметричном относительно их перестановок, а все фермионы данного типа — в антисимметричном. Эти свойства бозонов и фермионов находят свое проявление в статистике Бозе — Эйнштейна для первых и статистике Ферми — Дирака для вторых. Только что испущенный фотон уже симметризован со всеми остальными фотонами в мире, а только что рожденный электрон уже анти- 201 симметризован со всеми остальными электронами. В квантовой теории поля эти свойства бозонов и фермионов обеспечиваются тем, что операторы рождения бозонов коммутируют между собой, а операторы рождения фермионов антикоммутируют. На сказанное выше можно возразить, что экспериментально тождественность частиц может быть проверена лишь с конечной точностью, в то время как приведенное выше утверждение об их тождественности имеет абсолютный характер.
Не могут ли все же разные электроны отличаться друг от друга «чуть-чуты? Ответ на этот вопрос заключается в следующем. Математический аппарат современной теории такого «чуть-чуть» не допускает — малейшее отличие дискретно увеличивает число степеней свободы (число сортов) частиц и меняет их статистику. Поэтому феноменологически параметризовать точность, с которой проверена тождественность, мы сегодня не умеем.
Такая параметризация потребовала бы революционной перестройки квантовой теории поля. Ни одного убедительного предложения на этот счет я не встречал. Ток — физическая величина, определяющая взаимодействие частиц с данным векторным полем. Например, электромагнитный ток определяет взаимодействие частиц с электромагнитным полем. Член в лагранжиане, описывающий это взаимодействие, имеет вид еА /, где е — безразмерная константа (е«/4п=аж!/137 в системе единиц Ь, с=-1); А„— четырехмерный вектор (а=-О, 1, 2, 3), описывающий электромагнитное поле; 1'„— электромагнитный ток, который также является четырехмерным вектором. Размерность А„равна размерности массы: (А„( =-(т), размерность 1'„равна [т'!.
Выражение А / означает скалярное произведение: А~)« = А«)о — А~!~ — А~!~ — Ар)в. В квантовой теории поля оператор электромагнитного -тока электрона выражается через оператор ~р уничтожения электрона и рождения позитрона и оператор ф рождения электрона и уничтожения позитрона следующим образом: lа = Ч~У«Ф где у„— четыре матрицы Дирака. Электромагнитные токи кварков содержат дополнительные множители 213 или — 1!3, учитывающие их дробные электрические заряды. Подобно, тому как электромагнитные токи лептонов и кварков являются источниками квантов электромагнитного поля — фотонов, слабые токи лептонов и кварков являются источниками промежуточных векторных бозонов ЯГ+, Ю и Е, которые служат переносчиками слабого взаимодействия.
Слабые токи, испускающие и поглощающие заряженные бозоны йг=', называют заряженными токами. Слабые токи, испускающие и поглощающие нейтральные бозоны Я, называют нейтральными токами. В отличие от чисто векторного электромагнитного тока, слабые токи представляют собой сумму вектора и аксиального вектора.
Взаимодействия между слабыми токами ответственны за все известные слабые процессы. Все сильные процессы описываются взаимодействием восьми цветных токов с восемью цветными глкюнами. В моделях великого объединения имеются токи, ответственные за непускание и поглощение сверхтяжелых Х- и 'г'-бозонов; эти токи превращают кварки в антикварки или 'в антилептоны, Взаимодействия этих токов приводят к распаду протона.
Феноменология — в современной теоретической физике классификация и описание явлений (эмпирических данных) на основе применения известных законов к внешним признакам явлений без выяснения их глубинной природы, их внутреннего механизма (по-гречески «феномен» вЂ” являющееся). Фермионы — элементарные или составные частицы, обладающие полуцелым спином. Фермионы подчиняются статистике Ферми — Дирака, В данном квантовом состоянии может находиться только один фермион данного типа. Этот принцип называется принципом Паули (Ю.
Рац!1, 1900— 1958; сам Паули называл этот принцип принципом запрета). Фермионами являются электрон и другие лептоны, кварки, протон и другие барионы, атомные ядра и атомы с полу- целым спином. Слово «фермиои» вЂ” производное от фамилии итальянского физика Ферми (Е. Геггп1, 190!— 1954) . ФИАН вЂ” Физический институт им.
П. Н. Лебедева АН СССР (Москва), ФНАЛ (ГНА1. — Гегш( Ыа!!опа! Ассе1ега1ог ЕаЬога1огу) — Фермиевская национальная ускорительная лаборатория (Батавия, вблизи Чикаго, США). Фотон — элементарная частица с массой, равной нулю, и спином, равным единице. Фотон не обладает никакими зарядами и является истинно нейтральной частицей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
