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

С. 241. Подробнее о частицах Хиггса вы можете узнать в популярных книгах Оэртера и Клоуза, о которых упоминалось выше, более техническое описание можно найти в книгах Пескина, Шредера и Средники.

С. 242.Книга Supersymmetry: Unveiling the Ultimate Laws of Nature (Gordon Kane (Perseus)) представляет собой популярную работу, написанную выдающимся исследователем.

С. 242.«Их объединения»: суперсимметрия напрямую не связывает различные части Центральной теории. Ни одна из известных в настоящее время частиц не имеет подходящих свойств для того, чтобы считаться суперсимметричным партнером для любой другой. Все объединить мы сможем, только одновременно учитывая объединение зарядов и суперсимметрию.

С. 243.«Не намного тяжелее»: суперсимметрия должна быть нарушена, однако в отношении того, как это происходит, существует еще больше неопределенности, чем в отношении вопросов космической сверхпроводимости, обсуждавшихся в главе 8 и приложении Б. Однако нарушение суперсимметрии происходит, и конечным результатом должно быть то, что известные нам партнеры частиц являются значительно более тяжелыми. Если они слишком тяжелые, они не внесут достаточный вклад в колебания Сетки и мы вернемся к состоянию «на грани промаха», описанному в главе 18.

Существуют и другие, независимые причины заподозрить, что суперсимметричные партнеры не являются слишком тяжелыми. Наиболее важной из них является следующая.

Если вы вычислите, какой эффект оказывают виртуальные частицы на массу частицы Хиггса в единой теории, вы обнаружите, что они имеют тенденцию подтягивать эту массу до масштабов объединения. В этом заключается суть того, что часто называют проблемой иерархии. Вы можете обнулить эти эффекты одним росчерком пера, задав достаточное значение начальной массы для практически полного обнуления вклада виртуальных частиц, однако большинство физиков находят такую «тонкую настройку» возмутительной — они называют ее неестественной . С суперсимметрией эти поправки отменяются, и такой тонкой настройки не требуется. Однако если суперсимметрия сильно нарушена, то есть если партнеры являются слишком тяжелыми, у нас снова возникают проблемы.

С. 244.«Корректировки этих искажений»: в данный расчет я включаю только эффекты частиц, необходимые для реализации суперсимметрии (для экспертов: я имею дело с минимальной суперсимметричной стандартной моделью, или МССМ). Дополнительные (гораздо более тяжелые) частицы, необходимые для создания исчерпывающей единой теории, не были сюда включены. Именно поэтому связи, объединившись при высоких энергиях, снова распадаются. В полной теории, однажды объединившись, они останутся вместе. Однако поскольку мы не знаем достаточно для того, чтобы определить соответствующие детали полной теории, я решил рассматривать вещи по мере их поступления.

С. 246.«Довольно близко»: поскольку у нас нет надежной теории, объясняющей, как гравитация ведет себя на коротких расстояниях, я коснулся этого вопроса лишь вскользь.

Дополнительную информацию и последние новости о проекте БАК вы можете получить на сайте ЦЕРН public.web.cern.ch/Public/Welcome.html. Perspectives on LHC Physics (edited by G. Kane, World Scientific) — сборник статей ведущих экспертов. Я также рекомендую свою научную работу Anticipating a New Golden Age. Вы можете найти ее на сайте itsfrombits.com.

С. 252.Книга Quintessence (Lawrence Krauss, Perseus) представляет собой хорошее популярное изложение темы темной материи, темной энергии и современной космологии в целом.

С. 255.«Протоны должны распадаться»: сила и слабость нашего расчета, показывающего, что (низкоэнергетическая) суперсимметрия обеспечивает точное объединение сил, заключается в его нечувствительности к деталям. Вклад новой частицы в виде экранирования (или антиэкранирования) вступает в игру только при энергиях, превышающих энергию покоя частицы mc 2 . Поскольку изменения, имеющие решающее значение для объединения, накапливаются в пределах огромного диапазона энергий, не имеет большого значения, где именно они начинаются, и поэтому масса частицы незначительно влияет на ее вклад. Таким образом, на результат нашего расчета объединения не сильно повлияло бы, скажем удвоение или уменьшение вдвое массы новых суперсимметричных частиц. Результат незыблем, его нелегко пошатнуть.

С. 256.«Каких новых эффектов следует ожидать»: теория струн вдохновила ученых на предположения о существовании дополнительных пространственных измерений. Дополнительные измерения должны быть либо очень маленькими (свернутыми), либо сильно искривленными и трудными для проникновения, иначе мы бы их заметили. Однако, возможно, более пристальное исследование с помощью ускорителя БАК позволит их обнаружить. Популярное изложение этих идей можно найти в книгах Hiding in the Mirror (Lawrence Krauss, Viking) и «Закрученные пассажи» (Лиза Рэндалл (издательства «Едиториал УРСС», «Либроком», 2011)).

С. 260.«Далеко от объяснения»: согласно идеям, описанным в приложении Б, конденсат Хиггса непосредственно ответственен за массу W − и Z −бозонов благодаря космической сверхпроводимости. Итак, если эти идеи верны, то, выяснив природу конденсата Хиггса, мы поймем происхождение масс этих конкретных частиц.

С. 273.«Легко генерировать»: вы можете проверить это, испуская бозон, который уносит единицу красного заряда и вносит единицу фиолетового заряда (то есть уносит отрицательную единицу фиолетового заряда); u −кварк в верхней строке превратится в антиэлектрон e c в 15-й строке. (Помните, что символы + и − соответствуют зарядам, величина которых равна половине единицы.) Поглощая один и тот же бозон, d −кварк в пятой строке превратится в анти -u −кварк в девятой строке. На кредитном счете эти ребята связываются путем обмена символами + и − между первым и последним столбцами. Таким образом, излучая и поглощая этот специфический изменяющий цвет бозон как виртуальную частицу, мы получаем процесс:

u + d —> u c+ e c .

Теперь мы добавим в обе стороны наблюдателя u −кварк: u + u + d —> u + u c+ e c — и окажемся почти у цели. Нам просто нужно признать, что u + u + d — это составляющие протона и что u + u c может аннигилировать в фотон. Наконец, мы получаем процесс распада протона:

р —> γ + e c ,

как и было обещано.

Эта книга написана в основном по материалу открытых лекций «Вселенная — диковинное место», «Цифровой чертеж мира», «Происхождение массы и слабость гравитации» и «Живучесть эфира», которые я в последние годы читал во многих учреждениях. Благодарю организаторов этих лекций за предоставленную возможность выступить, а также моих слушателей за множество интересных вопросов и полезных откликов.