Фрэнк Вильчек - Красота физики. Постигая устройство природы

1967г. Стивен Вайнберг (р. 1933) включает в анаморфную теорию спонтанное нарушение симметрии, тем самым формулируя зрелую Главную теорию электрослабого взаимодействия.

1970г. Герард 'т Хоофт (р. 1946) совместно с Мартинусом Велтманом (р. 1931) придают предыдущей работе четкие математические основания и демонстрируют ее состоятельность.

1970г. Джером Фридман (р. 1930), Генри Кендалл (1926–1999) и Ричард Тейлор выполняют «просвечивание» протона и обнаруживают почти свободные кварки и неизвестное электрически нейтральное вещество.

1971г. Шелдон Глэшоу, Джон Илиопулус (р. 1940) и Лучано Майани (р. 1941) добавляют кварки к анаморфной электрослабой теории и предсказывают существование с -кварков (очарованных кварков).

1973г. Дэвид Гросс (р. 1941), Фрэнк Вильчек (р. 1951) и Дэвид Политцер (р. 1949) выдвигают теории асимптотической свободы. Гросс и Вильчек формулируют точную теорию сильного взаимодействия – квантовую хромодинамику (КХД).

1974г. Экспериментальное открытие мезонов с тяжелыми кварками обеспечивает полуколичественное доказательство асимптотической свободы и КХД.

1974г. Йогеш Пати (р. 1937) и Абдус Салам, а также Говард Джорджи (р. 1947) и Шелдон Глэшоу предлагают унификацию главных теорий.

1974г. Говард Джорджи, Хелен Квинн (р. 1943) и Стивен Вайнберг исследуют относительную интенсивность различных взаимодействий, используя асимптотическую свободу.

1974г. Юлиус Весс (1934–2007) и Бруно Дзумино (1923–2014) формулируют суперсимметрию.

1977г. Роберто Печчеи (р. 1942) и Хелен Квинн предлагают новую симметрию, чтобы решить «θ-проблему».

1977 г.Вильчек открывает возможность связывания бозона Хиггса с обычной материей через цветные глюоны.

1978г. Вильчек и Вайнберг указывают, что симметрия Печчеи – Квинн предполагает существование важной новой легкой частицы – аксиона.

1981г. Савас Димопулос (р. 1952), Стюарт Раби (р. 1947) и Фрэнк Вильчек демонстрируют количественные преимущества включения суперсимметрии в объединение взаимодействий.

1983г. Несколько авторов предлагают аксионы на роль частиц, из которых, возможно, состоит темная материя.

1983г. Карло Руббиа (р. 1934) и его коллеги в CERN [87] CERN (ЦЕРН) – Европейский совет по ядерным исследованиям и одноименная, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. – Прим. пер. экспериментально наблюдают виконы ( W – и Z -бозоны), подтверждая анаморфную теорию электрослабых сил.

1990-е гг.Эксперименты на Большом электрон-позитронном коллайдере LEP ясно демонстрируют струи, обеспечивая мощное количественное подтверждение асимптотической свободы и КХД.

2005г. На базе идей Кеннета Уилсона (1936–2013), Александра Полякова (р. 1945) и Майкла Кройца (р. 1944) с помощью сверхмощных компьютеров проводятся расчетные эксперименты для подтверждения КХД: теоретически вычисляются массы различных адронов, в том числе протона и нейтрона, очень близкие к определенным экспериментально.

2012г. На Большом адронном коллайдере открыта частица Хиггса.

2020г. Мои пари на открытие суперсимметрии на Большом адронном коллайдере истекают в полночь 31 декабря 2020 г.

[88] Терминологический словарь Фрэнка Вильчека столь обширен и подробен, что представляет собой самостоятельную ценность. Мы решили придать ему дополнительную функцию русско-английского словаря, отражающего национальные особенности терминологии в квантовой физике и смежных областях. С этой целью заголовки словарных статей (кроме отсылочных) даны на двух языках. – Прим. ред.

Этот раздел содержит определения и короткие комментарии к научным понятиям, которые могут быть не знакомы широкому кругу читателей и использованы в этой книге. В некоторых случаях (например, «энергия» или «симметрия») они объясняют общеупотребительные слова, которые мы используем особым образом – обычно в более узком и специальном значении, чем в их повседневном применении. Я старался, насколько было возможно, сделать его органичной частью единого целого, используя в комментариях темы и примеры из основного текста. Здесь вы также найдете несколько идей, некоторые из которых красивы – их мне очень хотелось включить в текст, но не удалось сделать это, сохранив гладкость повествования. Во многих случаях мне пришлось пожертвовать точностью и математической строгостью ради краткости и доступности.

Замечание по оформлению текста: курсив используется для обозначения заглавного слова или словосочетания каждой статьи, чтобы отметить основные места, где оно встречается в статье, а иногда для постановки смыслового ударения. Жирныйшрифт указывает на существенное использование терминов, про которые есть отдельные статьи.

Будучи подверженными сильному взаимодействию, кварки, антикварки и глюонымогут связываться и образовывать большое количество разнообразных небольших объектов. Адрон – это общий термин для объектов такого типа. Протоныи нейтроныявляются примерами адронов, так же как и атомные ядра.Все остальные известные адроны крайне нестабильны, их время жизни варьируется от нескольких наносекунд (миллиардная доля секунды, или 10–9 секунд) до гораздо меньших времен.

Большую часть адронов можно полуколичественно понять в рамках кварковой модели. (См., если нужно, Качественный и количественный.) Согласно кварковой модели, адроны делятся на два обширных класса: барионыи мезоны. Барионы (класс, включающий протоны и нейтроны) – это связанные состояния, содержащие три кварка, в то время как мезоны – это связанные состояния, содержащие один кварк и один антикварк. (Также существуют антибарионы, состоящие из трех антикварков. См. Антивещество.) В более точном представлении, основанном на квантовой хромодинамике( КХД), эти две основные схемы должны считаться каркасом, который дополнен глюонами и дополнительными кварк-антикварковыми парами.

Широко распространено мнение о том, что существуют адроны, которые выходят за рамки обеих схем кварковой модели, такие как «глюболы» [89] От англ. glue ball, т. е. шар из глюонов. – Прим. пер. , где глюоны преобладают над кварками и антикварками. Эта идея является предметом исследований в настоящее время.

(См. также статью Квантовая хромодинамика( КХД) и подробное обсуждение в главе «Квантовая красота III», часть 2.)

На начальном этапе экспериментального изучения радиоактивности Эрнест Резерфорд разделил излучаемый материал на альфа-, бета– и гамма-лучи. Они различались по способности проникать в вещество, по восприимчивости к отклонению магнитным полем и по другим свойствам. Дальнейшие исследования показали, что альфа-лучи состоят из ядер атома гелия-4, т. е. являются связанными комбинациями двух протонов и двух нейтронов. Мы называем эти ядра альфа-частицами.