Фрэнк Вильчек - Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил

Есть еще две сложности, которые я собираюсь приукрасить. Они представляют собой отклонения от моего главного сообщения, но не упомянуть о них было бы неправильно. Пожалуйста, не позволяйте этим поверхностным осложнениям отпугнуть вас. Признавая их существование, мы не позволим им исказить наше видение.

• Одной из сложностей являются массы и смешение калибровочных бозонов. В базовых уравнениях присутствует три симметричные группы калибровочных полей. Есть восемь цветных глюонных полей, с которыми вы уже познакомились. Еще три связаны с симметрией слабого взаимодействия. Они называются W +, W − и W 0 , и все они симметричны друг другу. Наконец, есть один изолированный калибровочный бозон B 0 с «гиперзарядом». Сверхпроводимость Сетки придает ненулевые массы частицам, созданным W + и W − , а также вполне определенной смеси W 0 и B 0 . Возмущения в этой смеси производят массивные частицы, называемые Z −бозонами. Возмущения в другой комбинации W 0 и B 0 (для экспертов: ортогональная комбинация) остаются безмассовыми. Эта безмассовая комбинация W 0 и B 0 представляет собой фотон.

Подведем итог: c точки зрения математики симметрии поля W 0 и B 0 являются наиболее естественными. Однако возмущения с определенной массой, когда принимается во внимание сверхпроводимость Сетки, подразумевают смешение W 0 и B 0 . Одним из типов возмущения является Z 0 −бозон с ненулевой массой; другим типом будет фотон с массой, равной нулю.

Иногда говорят, что Центральная теория объединяет электромагнетизм и слабое взаимодействие. Это вводит в заблуждение. По-прежнему существует два различных вида взаимодействия, связанных с различными видами симметрии. В Центральной теории они смешиваются, а не объединяются.

• Другую сложность представляют массы и смеси кварков и лептонов. Существует три различных «семейства». Таким образом, кроме самого легкого семейства, включающего u − и d −кварки, электрон е и электронное нейтрино ν e , существует два более тяжелых. Ко второму семейству относятся очарованный и странный кварки с и s , мюон μ и мюонное нейтрино ν μ . Наконец, третье семейство содержит истинный и прелестный кварки t и b , тау-лептон τ и тау-нейтрино ν τ .

Как и калибровочные бозоны, все эти частицы не имели бы массы, если бы не сверхпроводимость Сетки. Сверхпроводимость Сетки придает им массу [51] Нейтрино — это особый случай, как мы только что говорили. — Примеч. авт. , позволяет более тяжелым смешиваться и, таким образом, сложными способами распадаться на более легкие. Эти массы и смеси чрезвычайно интересуют экспертов, и понимание их значений является нерешенной задачей теоретической физики. Кроме того, непонятым остается более простой вопрос: почему существует именно три семейства?

Поскольку у меня нет каких-либо соображений по этому поводу, я не буду тратить время на отстаивание тех или иных подробностей. Это бы только отвлекло нас от хороших идей, которые мне хочется обсудить. Поэтому я постараюсь по возможности обойтись без лишних сложностей. Роман Толстого «Анна Каренина» начинается словами «Все счастливые семьи счастливы одинаково». В таком случае мы остановимся только на одном семействе.

Ух! Сложное это дело — докапываться до простоты. Однако после того, как мы на время отправили на чердак два странных подарка (гравитацию и массу нейтрино), избавились от путаницы, обусловленной сверхпроводимостью Сетки, и решили, что одного семейства будет достаточно, возникает четкий и лаконичный образ. Именно он представлен на рис. 17.1. Это самая суть Центральной теории.

Существует три симметрии: SU (3), SU (2) и U (1). Они соответствуют сильному, слабому и электромагнитному взаимодействию [52] Строго говоря, электромагнетизм представляет собой смесь частей SU (2) и U (1), как мы только что говорили. Таким образом, симметрия U (1) — это не совсем электромагнетизм. Она имеет собственное название — гиперзаряд. Однако я в основном буду использовать для нее более знакомое, но совсем точное название. — Примеч. авт. .

SU (3) — это симметрия между тремя видами цветного заряда, как нам уже известно. Она сопровождается восемью калибровочными бозонами, которые изменяются или реагируют на цветные заряды, и действует в горизонтальном направлении на рис. 17.1.

SU (2) — это симметрия между двумя дополнительными видами цветных зарядов. Она действует в вертикальном направлении на рис. 17.1.