Здавалка
Главная | Обратная связь

Стандартная модель и перспективы



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.