Современная физическая картина мира

Почему же электромагнитное и слабое взаимодействия обладают столь непохожими свойствами? Теория Вайнберга –  Салама объясняет эти различия нарушением симметрии. Если бы симметрия не нарушалась, то оба взаимодействия были бы сравнимы по величине. Нарушение симметрии  влечёт за собой резкое уменьшение слабого взаимодействия.

Наиболее убедительная экспериментальная  проверка  новой теории заключалась  в подтверждении существования  гипотетических W-частиц и Z-частиц. Их открытие в 1983г. стало возможным только с созданием очень мощных ускорителей новейшего типа и означало торжество теории Вайнберга – Салама. Было окончательно доказано, что электромагнитное и слабое взаимодействия в действительности были просто двумя компонентами единого электрослабого взаимодействия. В 1979г. Вайнбергу С., Саламу А., Глэшоу С. была присуждена Нобелевская премия за создание теории электрослабого взаимодействия.

 

 

 

Заключение

 

 

Физики всегда стремились объединить знания различных явлений и свести все явления, взаимодействия природы  к одному. В 70—90-е гг. было разработано несколько конкурирующих между собой теорий Великого объединения. Все они основаны на одной и той же идее. Если электрослабое и сильное взаимодействия в действительности представляют собой лишь две стороны Великого единого взаимодействия, то последнему также должно соответствовать калибровочное поле с некоторой сложной симметрией. Она должна быть достаточно общей, способной охватить все калибровочные симметрии, содержащиеся и в квантовой хромодинамике, и в теории электрослабого  взаимодействия.  Отыскание такой симметрии — _главная задача на пути создания единой теории сильного и электрослабого взаимодействия. Существуют разные подходы, порождающие конкурирующие варианты теорий Великого объединения.

 Тем не менее,  все эти гипотетические варианты  Великого объединения имеют ряд общих особенностей. Во-первых, во всех гипотезах кварки и лептоны — носители сильного и электрослабого взаимодействий — включаются в единую теоретическую схему. До сих пор они рассматривались как совершенно различные объекты. Во-вторых, привлечение абстрактных калибровочных симметрии приводит к открытию новых типов полей, обладающих новыми свойствами, например способностью превращать кварки в лептоны.

 В простейшем варианте теории Великого объединения для превращения кварков в лептоны требуется двадцать четыре поля. Двенадцать из квантов этих полей уже известны: фотон, две W-частицы, Z-частица и восемь глюонов. Остальные двенадцать квантов — новы сверхтяжелые промежуточные бозоны, объединенные общим названием Х и У-частицы (обладающие цветом и электрическим зарядом). Эти кванты соответствуют полям, поддерживающим более широкую калибровочную симметрию и перемешивающим кварки с лептонами. Следовательно, Х- и У-частицы могут превращать кварки в лептоны (и наоборот).

На основе теорий Великого объединения предсказаны, по крайней мере, две важные закономерности, которые могут быть проверены экспериментально: нестабильность протона и существования магнитных монополей. Экспериментальное обнаружение распада протона и магнитных монополей могло бы стать веским доводом в пользу теорий Великого объединения. На проверку этих предсказаний направлены усилия экспериментаторов. Обнаружение распада протона было бы самым великим экспериментом XX в.! Но пока еще твердо установленных экспериментальных данных на этот счет нет.

А о прямом экспериментальном  обнаружении Х- и У-бозонов пока и вовсе не идет. Дело в том, что теории Великого объединения имеют дело с энергией частиц выше 10¹⁴ ГэВ. Это очень высокая энергия. Трудно сказать, когда удастся получить частицы столь высоких энергий в ускорителях. Современные ускорители с трудом достигают энергии 100 ГэВ. И потому основной областью применения проверки теорий Великого объединения является космология, этих теорий невозможно описать раннюю стадию эволюции  Вселенной, когда температура первичной плазмы достигала 10²⁷К. в таких условиях могли рождаться и аннигилировать сверхтяжелые  бозоны Х и У.

Но объединение трех из четырех фундаментальных взаимодействий — это еще не единая теория в подлинном смысле слова, остается еще гравитация. Теоретические модели, в которых объединяются все четыре взаимодействия, называются супергравитацией.

 

Электричество

Магнетизм

 

 

 

Слабое взаимодействие

 

 

Сильное взаимодействие

 

 

Гравитация

рис.1

 

 

 

На рисунке №1 изображена схема  процесса объединения фундаментальных  взаимодействий. Идея объединения началась с синтеза электричества и магнетизма в рамках теории Максвелла в XIX в. Объединение слабого и электромагнитного взаимодействий получило надежное подтверждение в 1983г. благодаря открытию W и Z-частиц. Данных, подтверждающих Великое объединение, пока нет, но их ожидают. Число теоретических предпосылок для создания единой теории всех фундаментальных взаимодействий быстро растет. Возможно, что уже в начале XXI в. величайшая задача всей истории познания материи будет решена. В определенном смысле это означает конец физической науки как науки о фундаментальных основаниях материи.

Но не исключены и  другие варианты развития физики XXI в. — срытие новых фундаментальных взаимодействий, новых субкварковых частиц, появление иных трактовок единства материи и др. Особенно значимы на этом пути те необычные представления, которые сейчас складываются там, где микромир оказывается связанным с мегамиром, ультрамалое с ультрабольшим, физика с астрономией и космологией.

 

 

 

 

 

 

 

Библиография

 

1. “Концепции современного естествознания”

автор  Найдыш В.М. 2000г.

  2.  “Концепция  современного естествознания”

автор Рузалин  Г.И. 1997г.

3. ”Концепции современного естествознания”

                                          автор  Лавриненко, Ратников. 1996г.