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

См.: Узел.

Спонтанная флуктуация в квантовом поле. Реальные частицы представляют собой возбуждения в квантовых полях, которые относительно устойчивы и доступны для наблюдения. Виртуальные частицы мимолетны, они присутствуют в наших уравнениях, но не фиксируются экспериментальными детекторами. Поставляя в систему энергию, можно усилить спонтанные флуктуации так, чтобы они превысили пороговое значение, что фактически превратит (потенциальные) виртуальные частицы в реальные.

В квантовой теории состояние частицы не определяется положением или конкретным направлением спина; вместо этого первичное описание состояния включает его волновую функцию. Волновая функция определяет для каждого возможного положения и направления спина комплексное число — так называемую амплитуду вероятности. Квадрат абсолютного значения амплитуды вероятности сообщает вероятность нахождения частицы в конкретном положении с конкретным направлением спина. Для систем, состоящих из большого количества частиц или полей, волновая функция аналогичным образом задает амплитуды для всех возможных физических характеристик, которые вы могли бы обнаружить после проведения измерения. Простой, но не упрощенный, пример работы волновых функций обсуждается в главе 9.

Средний электрический заряд нескольких частиц, связанных симметрией. В контексте единых теорий гиперзаряд является более фундаментальным по сравнению с электрическим зарядом; тем не менее это различие проявляется на более тонком уровне технических подробностей, чем я попытался изложить в большей части этой книги.

Любой из набора восьми частиц-посредников сильного взаимодействия. Глюоны обладают свойствами, подобными свойствам фотонов, однако реагируют на (и изменяют) цветные заряды, а не на электрический заряд. Уравнения для глюонов обладают колоссальной локальной симметрией, которая во многом определяет их форму. См. также: Хромодинамика, Локальная симметрия, Уравнения Янга — Миллса.

Диаграммы Фейнмана — это наглядные представления процессов, описываемых квантовой теорией поля. Они состоят из линий, соединенных в узлах (также называемых вершинами). Линии представляют собой свободное движение частиц через пространство-время; узлы представляют собой взаимодействия. В свете этой интерпретации диаграмма Фейнмана отображает возможный процесс в пространстве-времени — некоторые (реальные или виртуальные) частицы взаимодействуют, в результате чего может измениться их квантовое состояние. Существуют четкие правила распределения амплитуд вероятности для процесса, изображенного на диаграмме Фейнмана. Согласно правилам квантовой теории квадрат абсолютного значения амплитуды соответствует вероятности процесса.

Эффект, который, если смотреть со стороны, проявляется как замедление течения времени в движущейся системе. Замедление времени является следствием специальной теории относительности.

Различные компоненты Центральной теории основаны на общих принципах — квантовой механике, относительности и локальной симметрии, однако в рамках Центральной теории они остаются разделенными и отличными друг от друга. Существуют отдельные преобразования симметрии для цветных зарядов КХД, слабых цветных зарядов стандартной электрослабой теории и гиперзаряда. При этих преобразованиях кварки и лептоны делятся на шесть не связанных между собой классов (на самом деле на 18, учитывая наличие трех ароматов). Вся эта структура побуждает нас рассмотреть возможность большей, всеохватывающей симметрии. Изучив математические возможности, можно обнаружить, что многие вещи вписываются в нее довольно хорошо. Относительно небольшое расширение уравнений позволяет рассматривать все известные симметрии как части удовлетворяющего целого, а также сводить вместе разрозненные кварки и лептоны. Дополнительным преимуществом является то, что гравитация, которая казалась безнадежно слабее других фундаментальных сил, также находит свое место. Вероятно, для количественного подтверждения идей мы также должны включить суперсимметрию. Расширенные уравнения предсказывают существование многих новых частиц и явлений. Как говорилось в главах 17–21, эти теории представлены на суд присяжных и некоторые приговоры должны быть оглашены уже в скором будущем.