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

С. 204.«Итальянскую натуру»: это от моей мамы. Мой отец поляк.

С. 205.«Не является даже неправильным»: история о Фейнмане и Паули — хорошо известный среди физиков случай. Я не знаю, произошло ли это на самом деле, и, честно говоря, не хочу знать. Лучше оставить эту историю как есть.

С. 211.«Затравочная постоянная сильного взаимодействия»: выбор взаимодействия как меры силы связи является несколько произвольным. Возможно, более фундаментальной мерой будет число, на которое умножаются узлы в диаграммах Фейнмана, когда в процессе участвуют частицы с планковской энергией и импульсом. Это число еще ближе к масштабу объединения и составляет около 1/2. Любая разумная мера даст результат, близкий к масштабу объединения безусловно, намного более близкий по сравнению с 10 –40!

Идеи объединения Центральной теории путем расширения ее локальной симметрии были впервые предложены Джогешем Пати и Абдусом Саламом, а также Говардом Георги и Шелдоном Глэшоу. Симметрия SO (10) и классификация, подчеркнутые в этой главе, были впервые предложены Георги. Хорошее их изложение можно найти в книгах Grand Unified Theories (Graham Ross, Westview) и Unification and Supersymmetry (Rabindra Mohapatra, Springer).

С. 218.«Возможно, навсегда»: я не хочу утверждать, что Центральная теория никогда не будет превзойдена. Надеюсь, что будет, и я попытаюсь описать, почему и как. Но так же, как ньютоновская теория механики и гравитации остается тем описанием, которое мы используем в большинстве случаев, Центральная теория имеет такой большой список успешных применений, что я не могу себе представить, почему люди захотели бы от нее отказаться. Более того, я считаю, что Центральная теория предоставляет исчерпывающую основу для биологии, химии и звездной астрофизики, которая никогда не потребует модификации. («Никогда» — это слишком долго. Скажем, в ближайшие несколько миллиардов лет.) Упомянутая в предыдущем примечании квантовая цензура защищает эти предметы от той дикости, которая происходит на сверхкоротких расстояниях и сверхвысоких уровнях энергии.

С. 219.В книге Weak Interactions of Leptons and Quarks (Eugene Commins, Philip Bucksbaum, Cambridge) содержится исчерпывающее обсуждение астрофизических приложений. Книга Neutrino Astrophysics (John Bahcall, Cambridge) представляет собой авторитетное изложение темы от великого мастера в данной области.

С. 219.«Звезды живут»: к ядерным превращениям, из которых звезды черпают свою энергию, также относятся реакции синтеза, не требующие превращения протонов в нейтроны, например процесс, при котором три альфа-частицы (каждая из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов) объединяются в углеродное ядро (шесть протонов и шесть нейтронов). Такие реакции не связаны со слабым взаимодействием, а подразумевают только сильное и электромагнитное взаимодействия. Они особенно важны на более поздних этапах эволюции звезд.

С. 224.«Леворукие» и «праворукие» частицы: на самом деле следовало бы сказать «леворукие и праворукие поля».

Частица с ненулевой массой движется со скоростью, меньшей скорости света, и это порождает следующую проблему: вы можете представить себе такое быстрое ускорение, при котором можно обогнать эту частицу. Движущемуся с ускорением наблюдателю покажется, что частица движется назад, то есть в направлении, противоположном направлению, в котором она движется для неподвижного наблюдателя. Поскольку направление вращения выглядит по-прежнему, частица, которая кажется «праворукой» для неподвижного наблюдателя, покажется «леворукой» движущемуся наблюдателю. Однако согласно теории относительности оба наблюдателя должны наблюдать одни и те же законы. Вывод: законы не могут напрямую зависеть от «рукости» [61] Такие изменения принято называть спиральностью; еще не совсем хиральность, но ее предтеча. — Примеч. науч. ред. частиц.

Правильная формулировка является более тонкой. У нас есть квантовые поля, которые создают «леворукие» частицы, и отдельные квантовые поля, создающие «праворукие» частицы. Уравнения для этих основополагающих полей различны. Однако, как только создается частица (любого вида), ее взаимодействия с Сеткой могут изменить ее «рукость». В электрослабой стандартной модели взаимодействия частиц с конденсатом Хиггса делают именно это.

Мы можем провести строгое (то есть буст-инвариантное) различие между «леворукими» и «праворукими» безмассовыми частицами или использовать квантовые поля. Тот факт, что наши успешные уравнения для слабых взаимодействий опираются на это различие, показывает, что Природа предпочитает безмассовые частицы и квантовые поля в качестве первичных материалов.

С. 230.«Джейн Эллен Харрисон» (The Ker as siren, Prolegomenma to the Study of Greek Religion (3rd ed. 1922:197–207, p. 197). Этот фрагмент присутствует здесь, поскольку я собирался использовать на обложке книги репродукцию картины «Сирена» Джона Уильяма Уотерхауса. Увы, этого не случилось. Однако вы можете посмотреть изображение на сайте itsfrombits.com.

Говард Георги, Хелен Куинн и Стивен Вайнберг первыми рассчитали поведение трех сил на малых расстояниях, чтобы посмотреть, можно ли их объединить. (Разумеется, для сильного взаимодействия это всего лишь расчет Гросса — Политцера — Вильчека.)

С. 232.«Меры их относительной мощности»: заметим, что на фундаментальном уровне, в терминах чисел, на которые умножаются узлы в диаграммах Фейнмана, слабая связь на самом деле больше, чем электромагнитная (для специалистов: здесь имеется в виду гиперзаряд). Тем не менее сверхпроводимость Сетки делает слабую силу короткодействующей, поэтому на практике она оказывает гораздо меньшие эффекты.

С. 232.«Намного меньше атомов»: контраст между размерами атомов и ядер лишь отчасти связан с относительной слабостью электромагнитных сил. Важным фактором также является малое значение массы электрона по сравнению с массой протонов и нейтронов.

Мы можем понять почему, если вспомним логику пункта 3 схолии из главы 9. Размер атомов определяется компромиссом между обнулением электрических полей путем помещения электронов прямо поверх протонов и учетом волновой природы электронов. Чем меньше масса частицы, тем больше ее волновая функция стремится распространиться, и поэтому малая масса электрона смещает компромисс в сторону больших размеров.

Более подробно о Поппере и его философии можно почитать в книге The Philosophy of Karl Popper (2 vols.) (ed. P. Schilpp (Open Court)).

Влияние суперсимметрии на эволюцию связей было впервые рассмотрено Савасом Димопулосом, Стюартом Раби и мной. Личное воспоминание приведено в приложении В.