Стандартная модель и перспективы⇐ ПредыдущаяСтр 45 из 45
В основе стандартной модели элементарных частиц лежит принцип относительности (эквивалентность инерциальных систем отсчета). Соответственно, все процессы считаются разыгрывающимися в четырехмерном пространстве-времени Минковского: (x,y,z,t) = (r,t). Расстояние между двумя точками (событиями) А и В в этом пространстве определяется четырехмерным интервалом: s2AB = c2(t а - tв)2 - (xа-xb )2 - (yа - yB)2 - (za- zb)2. Интервал s2AB ≥ 0 для причинно связанных событий (временеподобный интервал), если же точки разделены пространственно-подобным интервалом sAB < 0, то они не могут быть причинно связаны. В основе теории лежит концепция локального квантового поля - коммутаторы полей в точках, разделенных пространственно-подобным интервалом, всегда равны нулю: [ψ(xа), ψ(хв)] = 0 при sAB < 0, что означает независимость соответствующих полей. Частицы (античастицы) рассматриваются как кванты (возбуждения) соответствующих полей. Из самых общих принципов релятивистской инвариантности и устойчивости основного состояния системы полей следует фундаментальная теорема о связи спина и статистики: частицы с полуцелым спином представляют собой фермионы, а частицы с целым спином - бозоны. В принципе, бозоны всегда можно мыслить «составленными» из фермионов, в этом смысле фермионныс поля «более фундаментальны». Основополагающую роль в теории играют принципы симметрии. Помимо уже упомянутой релятивистской инвариантности, в современной теории рассматривается целый ряд точных и приближенных симметрии (групп симметрии), которые следуют из обширного экспериментального материала по классификации частиц и их взаимодействиям. Симметрии тесно связаны с соответствующими законами сохранения (теорема Нетер), такими как законы сохранения энергии-импульса, момента, различных зарядов. Принцип локальной калибровочной симметрии является ключевым при построении теории взаимодействия элементарных частиц. Наконец, явление спонтанного нарушения симметрии (фазовый переход в вакууме) ведет к механизму генерации масс для исходно безмассовых частиц (механизм Хиггса). Механизм Хиггса в квантовой теории поля является прямым аналогом эффекта Мейсснера в теории сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау. В основе стандартной модели лежит экспериментально установленная локальная калибровочная симметрия, описываемая группой SU(3)C×SU(2)w×U(1)y. Здесь SU(3)C - симметрия сильного цветового взаимодействия кварков и глюонов, a SU(2)w × U(1)y описывает электрослабые взаимодействия. В ненарушенной симметрии все фермионы и векторные калибровочные бозоны безмассовы. В результате спонтанного нарушения симметрии SU(2)w×U(1)y, бозоны - переносчики слабого взаимодействия - становятся массивными, а фотон остается безмассовым. Получают массы и лептоны (кроме нейтрино?). Хотя вonpoc о массе нейтрино остается открытым, возможно, что она не нулевая, по очень маленькая (существенно меньше массы электрона). Электрически нейтральное хиггсово поле обладает ненулевым вакуумным средним (вакуумный бозе-конденсат). Кванты этого поля («хиггсы») — скалярные частицы со спином s = 0, пока что не обнаружены экспериментально. Задача их обнаружения стоит на повестке дня экспериментов на новом поколении строящихся ускорителей. Практически нет сомнений, что «хиггсы» будут открыты, но дело осложняется весьма неопределенными оценками их масс. Большинство оценок дает лишь грубые неравенства типа: mz < тh< 2mz. В августе 2000 года появились предварительные данные из CERN о наблюдении хиггсовской частицы с массой порядка 115GeV. Существует интересный вариант, когда «хиггсы» могут оказаться составленными из фермионов стандартной модели, но он остается довольно плохо разработанным. В целом проблема обнаружения хиггcовских частиц остается проблемой номер один современной экспериментальной физики элементарных частиц. Ее решение завершит экспериментальное подтверждение стандартной модели. Выше уже отмечалось, что стандартной модели (даже с учетом только первого поколения фундаментальных фермионов) уже достаточно для полного понимания того, как «устроен» окружающий нас мир, состоящий из атомов и ядер. Выходы за рамки стандартной модели носят до сих пор достаточно спекулятивный характер. Существует целый ряд моделей великого объединения, в которых в рамках единой группы симметрии описываются мультиплеты кварков и лептонов. Эта симметрия, предположительно, является точной в области передаваемых импульсов (расстояний) порядка q2 ~ 1010 - 1016 GeV2, где, как отмечено выше, примерно сравниваются константы всех взаимодействий. Экспериментальная проверка моделей великого объединения весьма затруднительна, поскольку прямые эксперименты в указанной области энергий вряд ли когда-либо будут доступны человечеству. Единственным проверяемым, в принципе, предсказанием этих моделей является распад протона, но, несмотря на интенсивные эксперименты, ведущиеся уже около 20 лет, он так и не был обнаружен, что заведомо позволяет отбросить простейшие схемы великого объединения. Проверка же более хитрых моделей, где время жизни протона оказывается на порядок или два больше, чем в простейшем случае, также становится очень проблематичной. Другое актуальное направление: поиски суперсимметрии (SUSY), объединяющей в единые мультиплеты фермионы и бозоны. Есть следующие основания для веры в существование SUSY: -сокращение неких расходимостей в хиггсовском секторе стандартной модели; -объединение всех взаимодействий, включая гравитацию; -математическая привлекательность и красота. В простейшем варианте SUSY-теории у каждой из известных нам частиц имеется соответствующий «суперпартнер», отличающийся (в случае точной SUSY) лишь спином: фотону с s ~ 1 соответствует фотино с s - 1/2, электрону с s = 1/2 соответствует электрино с s = 0, кваркам с s = 1/2 - кваркино с s = 0 и т.д. Суперсимметрия заведомо сильно нарушена (по массе), в настоящее время экспериментальные указания на существование суперпартнеров обычных частиц практически отсутствуют. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|