Маргарита Рютова-Кемоклидзе - Квантовый возраст

Теория слабых взаимодействий была сформулирована окончательно к 1971 г. Самым существенным в ней было то, что она не только описывала слабые взаимодействия и предсказывала существование массивных частиц (с указанием массы) — переносчиков этого взаимодействия, но содержала в себе теорию электромагнитного взаимодействия. Обмен W -бозонами, как уже отмечалось, происходит на расстояниях порядка 10 –16 см. На таких расстояниях масса W -бозонов уже не существенна, а потенциал взаимодействия похож на потенциал взаимодействия электрических зарядов. Теперь промежуточные векторные бозоны и фотоны оказались равноправными переносчиками уже электрослабого взаимодействия. Окажись эта теория верной, можно было бы торжествовать по поводу того, что сделан важный шаг на пути к объединению различных сил природы. В 1979 г. Глэшоу, Вайнберг и Салам разделили Нобелевскую премию за разработку электрослабой теории. И хотя косвенные (но очень важные!) доказательства правильности электрослабой теории к этому времени уже появились, в связи с премией возникла шутка: а вернут ли лауреаты деньги, если не будут обнаружены промежуточные векторные бозоны?

В марте 1983 г. вышла в печати коротенькая статья, в аннотации которой было сказано, что «как геометрия, так и число событий находятся в соответствии с предсказанным в процессе p + p → W ± + нечто, с W → e + ν, где W ±— заряженный промежуточный векторный бозон, постулированный в объединенной электрослабой теории». Число авторов этой статьи 59, и над фамилией каждого стоит маленькая буква, означающая принадлежность автора к той или иной лаборатории мира. Эксперимент проводился в ЦЕРНе, на протонном суперсинхротроне.

Летом того же 1983 г. на том же синхротроне были получены Z 0-бозоны. Число авторов этого сообщения выросло до 138.

Промежуточные векторные бозоны были обнаружены. Массы их в точности совпали с предсказанными в электрослабой теории. Это был истинный триумф.

Число фундаментальных взаимодействий свелось к трем: гравитационное, сильное и электрослабое. Что же дальше?

Дальше нужны энергии. Если объединение электромагнитного и слабого взаимодействий происходит при энергии порядка 100 ГэВ и именно эта энергия была реализована при обнаружении W-бозонов, то энергии, при которых ожидается объединение сильного и электрослабого взаимодействий, оцениваются в 10 15 ГэВ. Это огромная энергия. Упомянутый уже ускоритель СПС, на котором было подтверждено объединение электромагнитного и слабого взаимодействий, имеет диаметр 2,2 км, окружность 7 км, магнитные поля десятки тысяч гаусс (магнитное поле Земли 1 Гс). Если бы можно было построить ускоритель вдоль всего экватора Земли и создать мощнейшие магнитные поля, отбросив все побочные эффекты, можно было бы получить энергию порядка 10 7 ГэВ. Мало. Для получения еще восьми порядков надо было бы иметь ускоритель с диаметром, в сотни раз превосходящим диаметр Солнечной системы. Что же касается объединения гравитационного и «электросильнослабого» взаимодействий, то оно должно происходить при энергиях 10 19 ГэВ. Это так называемая энергия Планка, и если она когда-либо была реализована, так это в течение 10 –43 с после Большого Взрыва, когда, по существующей ныне теории происхождения нашей Вселенной, она родилась.

Такова ситуация для бедных экспериментаторов.

Что касается теоретиков, то у них эти энергии получаются легко, нужны лишь карандаш и бумага, и еще нужно быть хорошим теоретиком. Эйнштейн потратил последние 35 лет своей жизни на поиски единой теории электромагнетизма и гравитации. Бесплодно. Еще Риман мечтал найти связь между «электричеством, гальванизмом, светом и тяготением». Не только мечтал, а находил эту связь и считал, что продвинулся в этом вопросе далеко. Самое поразительное, и мы об этом писали, что Риман не только искал единство этих сил, но еще связывал их с кривизной нашего пространства. Но слишком рано родился Риман. Первый шаг к объединению различных сил природы сделал Максвелл. Во времена Максвелла все явления природы полагалось описывать законами механики. Даже Максвелл с трудом преодолел этот барьер и показал, что электричество и магнетизм присущи самой природе, их нельзя получить из законов механики и что эти два, казалось, независимые свойства природы являются различными проявлениями одного и того же явления — электромагнетизма.

Следующий шаг, как мы знаем, был сделан лишь 120 лет спустя, сегодня, когда создана электрослабая теория.

В одной своей лекции Салам говорил: «Стараясь сейчас показать вам, как менялись представления о фундаментальных силах, я вспоминаю урок своего первого учителя физики, когда в 1935 г. я учился еще в моем родном городе Джангмагхияма в Пакистане. Учитель познакомил нас с тяготением и теорией Ньютона. Потом он рассказал о магнетизме, и так как магниты были доступны даже в Джангмагхияме, он говорил об этой силе как о фундаментальной. Затем он сказал, что есть и еще одна сила, называемая электрической, но ее „можно найти“ только в столице, Лахоре, в 50 милях к востоку, ядерные же силы „есть только в Европе“» [52, с. 177]. Сегодня Салам — один из авторов электрослабого взаимодействия.

Следующий шаг — объединение электрослабого и сильного взаимодействий — одна из самых актуальных проблем фундаментальной физики. Здесь создаются модели, самые разные; многие очень изящны. По этой проблеме проводятся школы и конференции, симпозиумы и семинары. Пожалуй, самое магическое сочетание букв на сегодня, это ТВО — Теория Великого Объединения. ТВО должна включать, конечно, и гравитацию. Но именно с гравитацией связаны самые большие сложности. Полную теорию гравитации, как мы знаем, создал Эйнштейн, осуществив мечту Римана связать силы природы с кривизной нашего пространства. Гениальность теории Эйнштейна заключается в том, что в ней инертная масса вещества отождествляется с гравитационным зарядом , который выражается через кривизну четырехмерного пространства-времени. «Секрет достижения Эйнштейна (по моему мнению, величайшего в истории физики), — писал Абдус Салам, — состоит в том, что он осознал фундаментальное значение заряда в гравитационном взаимодействии. Я хочу подчеркнуть, что, пока мы не поймем природу зарядов в электромагнитных, слабых и сильных взаимодействиях так же глубоко, как это сделал Эйнштейн для тяготения, надежды на успех в окончательной унификации мало» [Там же, с. 194]. И дальше: «Мы хотели бы не только продолжить попытки Эйнштейна, в которых ему не удалось преуспеть, но и включить в эту программу остальные заряды (т. е. заряды слабого и сильного ядерных взаимодействий)» [Там же, с. 196]. Эта фраза наполнена глубоким смыслом.