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

Концепция, согласно которой сильное взаимодействие становится слабее на малых расстояниях. Если конкретнее, то эффективные цветные заряды, которые регулируют мощность сильного взаимодействия, уменьшаются на малых расстояниях. Другими словами, величина данного изолированного цветного заряда увеличивается с увеличением расстояния. Физически это происходит потому, что источник заряда индуцирует облако виртуальных частиц, которое антиэкранирует его. Следствием асимптотической свободы является то, что излучение быстро движущегося цветного заряда, который движется в том же направлении (мягкое излучение), встречается часто, а излучение, которое изменяет общее направление потока, — редко. Мягкое излучение предоставляет кваркам партнеров, с которыми они могут соединиться, образуя адроны; однако общий поток подчиняется закономерности, заданной лежащими в основе кварками (а также антикварками и глюонами). Таким образом, мы «видим» кварки и глюоны не как отдельные частицы, а в виде струй, которые они индуцируют. В случае кварков мы можем иметь все и сразу. См. также: Заряд без заряда, Струя.

Сокращенно от «Большой адронный коллайдер». БАК располагается в старом туннеле коллайдера БЭПК в ЦЕРНе. Он использует протоны вместо электронов и позитронов и достигает более высоких уровней энергии. Будет удивительно, если на ускорителе БАК не произойдут великие открытия. Как минимум мы должны выяснить, что делает Сетку оригинальным сверхпроводником.

Один из двух основных классов сильно взаимодействующих частиц (адронов). Грубо говоря, барионы можно рассматривать как частицы, сформированные из трех кварков. Точнее, они являются результатом достижения равновесия между тремя кварками и Сеткой. Полная волновая функция для бариона содержит, помимо трех кварков, произвольное количество пар кварк — антикварк и глюонов. Протоны и нейтроны, строительные блоки атомных ядер, являются барионами. См. также: Адрон.

Квантовая теория, а точнее, квантовая теория поля придает новый смысл понятию о двух абсолютно одинаковых или неразличимых объектах. Если у вас есть, скажем, два фотона в состояниях A и B в данный момент и два фотона в состояниях A’ и B’ в более поздний момент, нельзя сказать, что имел место переход A —> A’, B —> B’ или A —> B’, B —> A’. Необходимо учитывать обе возможности. В случае бозонов амплитуды вероятности складываются, в случае фермионов — вычитаются. Фотоны являются бозонами. Следствием будет то, что фотоны стремятся перейти в одно и то же состояние, так как амплитуды вероятности таких переходов удваиваются. Этот эффект используется в лазерах. Фотоны, глюоны, W и Z являются бозонами, как и мезоны и гипотетическая частица Хиггса. Мы часто говорим, что бозоны подчиняются статистике Бозе, или статистике Бозе — Эйнштейна, названной так в честь пионеров физики, которые разъяснили последствия этого поведения для систем, содержащих много одинаковых частиц.

Преобразование, которое заставляет систему, включая все ее компоненты, двигаться с постоянной скоростью. Современный взгляд на специальную теорию относительности заключается в том, что она постулирует буст-симметрию . Таким образом, законы физики должны выглядеть одинаково после такого преобразования.

Вследствие этого, изучая физическое поведение исключительно в замкнутой изолированной системе, невозможно измерить, насколько быстро она движется. Вследствие этого, изучая физическое поведение исключительно в замкнутой изолированной системе, невозможно измерить, насколько быстро она движется.

Сокращенное название Большого электрон-позитронного коллайдера. Этот ускоритель работал в европейской лаборатории ЦЕРН близ Женевы в 1990-х годах. Грубо говоря, он делал снимки пустого пространства с еще более высоким разрешением, чем коллайдер Стэнфордского центра линейного ускорителя. Для этого электроны и их античастицы (позитроны) ускорялись до огромных энергий, затем они аннигилировали, производя интенсивный выброс энергии в чрезвычайно малом объеме. БЭПК представлял собой машину для творческого разрушения. Эксперименты, проводимые на этом ускорителе, протестировали и доказали положения Центральной теории с необычайной количественной точностью. См. также: СЦЛУ.

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.