Фундаментальные физические взаимодействия. Четыре фундаментальных взаимодействия

Современные достижения физики высоких энергий все больше укрепляют представление, что многообразие свойств Природы обусловлено взаимодействующими элементарными частицами. Дать неформальное определение элементарной частицы, по-видимому, невозможно, поскольку речь идет о самых первичных элементах материи. На качественном уровне можно говорить, что истинно элементарными частицами называются физические объекты, которые не имеют составных частей.
Очевидно, что вопрос об элементарности физических объектов - это в первую очередь вопрос экспериментальный. Например, экспериментально установлено, что молекулы, атомы, атомные ядра имеют внутреннюю структуру, указывающую на наличие составных частей. Поэтому их нельзя считать элементарными частицами. Сравнительно недавно открыто, что такие частицы, как мезоны и барионы , также обладают внутренней структурой и, следовательно, не являются элементарными. В то же время у электрона внутренняя структура никогда не наблюдалась, и, значит, его можно отнести к элементарным частицам. Другим примером элементарной частицы является квант света - фотон.
Современные экспериментальные данные свидетельствуют, что существует только четыре качественно различных вида взаимодействий, в которых участвуют элементарные частицы. Эти взаимодействия называются фундаментальными, то есть самыми основными, исходными, первичными. Если принять во внимание все многообразие свойств окружающего нас Мира, то кажется совершенно удивительным, что в Природе есть только четыре фундаментальных взаимодействия, ответственных за все явления Природы.
Помимо качественных различий, фундаментальные взаимодействия отличаются в количественном отношении по силе воздействия, которая характеризуется термином интенсивность . По мере увеличения интенсивности фундаментальные взаимодействия располагаются в следующем порядке: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Каждое из этих взаимодействий характеризуется соответствующим параметром, называемым константой связи, численное значение которого определяет интенсивность взаимодействия.
Каким образом физические объекты осуществляют фундаментальные взаимодействия между собой? На качественном уровне ответ на этот вопрос выглядит следующим образом. Фундаментальные взаимодействия переносятся квантами. При этом в квантовой области фундаментальным взаимодействиям отвечают соответствующие элементарные частицы, называемые элементарными частицами - переносчиками взаимодействий. В процессе взаимодействия физический объект испускает частицы - переносчики взаимодействия, которые поглощаются другим физическим объектом. Это ведет к тому, что объекты как бы чувствуют друг друга, их энергия, характер движения, состояние изменяются, то есть они испытывают взаимное влияние.
В современной физике высоких энергий все большее значение приобретает идея объединения фундаментальных взаимодействий. Согласно идеям объединения, в Природе существует только одно единое фундаментальное взаимодействие, проявляющее себя в конкретных ситуациях как гравитационное, или как слабое, или как электромагнитное, или как сильное, или как их некоторая комбинация. Успешной реализацией идей объединения послужило создание ставшей уже стандартной объединенной теории электромагнитных и слабых взаимодействий. Идет работа по развитию единой теории электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий, получившей название теории великого объединения. Предпринимаются попытки найти принцип объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий. Мы последовательно рассмотрим основные проявления фундаментальных взаимодействий.

Гравитационное взаимодействие

Это взаимодействие носит универсальный характер, в нем участвуют все виды материи, все объекты природы, все элементарные частицы! Общепринятой классической (не квантовой) теорией гравитационного взаимодействия является эйнштейновская общая теория относительности. Гравитация определяет движение планет в звездных системах, играет важную роль в процессах, протекающих в звездах, управляет эволюцией Вселенной, в земных условиях проявляет себя как сила взаимного притяжения. Конечно, мы перечислили только небольшое число примеров из огромного списка эффектов гравитации.
Согласно общей теории относительности, гравитация связана с кривизной пространства-времени и описывается в терминах так называемой римановой геометрии. В настоящее время все экспериментальные и наблюдательные данные о гравитации укладываются в рамки общей теории относительности. Однако данные о сильных гравитационных полях по существу отсутствуют, поэтому экспериментальные аспекты этой теории содержат много вопросов. Такая ситуация порождает появление различных альтернативных теорий гравитации, предсказания которых практически неотличимы от предсказаний общей теории относительности для физических эффектов в Солнечной системе, но ведут к другим следствиям в сильных гравитационных полях.
Если пренебречь всеми релятивистскими эффектами и ограничиться слабыми стационарными гравитационными полями, то общая теория относительности сводится к ньютоновской теории всемирного тяготения. В этом случае, как известно, потенциальная энергия взаимодействия двух точечных частиц с массами m 1 и m 2 дается соотношением

где r - расстояние между частицами, G - ньютоновская гравитационная постоянная, играющая роль константы гравитационного взаимодействия. Данное соотношение показывает, что потенциальная энергия взаимодействия V(r) отлична от нуля при любом конечном r и спадает к нулю очень медленно. По этой причине говорят, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим.
Из многих физических предсказаний общей теории относительности отметим три. Теоретически установлено, что гравитационные возмущения могут распространяться в пространстве в виде волн, называемых гравитационными. Распространяющиеся слабые гравитационные возмущения во многом аналогичны электромагнитным волнам. Их скорость равна скорости света, они имеют два состояния поляризации, для них характерны явления интерференции и дифракции. Однако в силу чрезвычайно слабого взаимодействия гравитационных волн с веществом их прямое экспериментальное наблюдение до сих пор не было возможно. Тем не менее данные некоторых астрономических наблюдений по потере энергии в системах двойных звезд свидетельствуют о возможном существовании гравитационных волн в природе.
Теоретическое исследование условий равновесия звезд в рамках общей теории относительности показывает, что при определенных условиях достаточно массивные звезды могут начать катастрофически сжиматься. Это оказывается возможным на достаточно поздних стадиях эволюции звезды, когда внутреннее давление, обусловленное процессами, ответственными за светимость звезды, не в состоянии уравновесить давление сил тяготения, стремящихся сжать звезду. В результате процесс сжатия уже ничем не может быть остановлен. Описанное физическое явление, предсказанное теоретически в рамках общей теории относительности, получило название гравитационного коллапса. Исследования показали, что если радиус звезды становится меньше так называемого гравитационного радиуса

R g = 2GM / c 2 ,

где M - масса звезды, а c - скорость света, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет. Никакая информация о процессах, идущих в этой звезде, не может достичь внешнего наблюдателя. При этом тела, падающие на звезду, свободно пересекают гравитационный радиус. Если в качестве такого тела подразумевается наблюдатель, то ничего, кроме усиления гравитации, он не заметит. Таким образом, возникает область пространства, в которую можно попасть, но из которой ничего не может выйти, включая световой луч. Подобная область пространства называется черной дырой. Существование черных дыр является одним из теоретических предсказаний общей теории относительности, некоторые альтернативные теории гравитации построены именно так, что они запрещают такого типа явления. В связи с этим вопрос о реальности черных дыр имеет исключительно важное значение. В настоящее время имеются наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии черных дыр во Вселенной.
В рамках общей теории относительности впервые удалось сформулировать проблему эволюции Вселенной. Тем самым Вселенная в целом становится не предметом спекулятивных рассуждений, а объектом физической науки. Раздел физики, предметом которого является Вселенная в целом, называется космологией. В настоящее время считается твердо установленным, что мы живем в расширяющейся Вселенной.
Современная картина эволюции Вселенной основывается на представлении о том, что Вселенная, включая такие ее атрибуты, как пространство и время, возникла в результате особого физического явления, называемого Большой Взрыв, и с тех пор расширяется. Согласно теории эволюции Вселенной, расстояния между далекими галактиками должны увеличиваться со временем, и вся Вселенная должна быть заполнена тепловым излучением с температурой порядка 3 K. Эти предсказания теории находятся в прекрасном соответствии с данными астрономических наблюдений. При этом оценки показывают, что возраст Вселенной, то есть время, прошедшее с момента Большого Взрыва, составляет порядка 10 млрд лет. Что касается деталей Большого Взрыва, то это явление слабо изучено и можно говорить о загадке Большого Взрыва как о вызове физической науке в целом. Не исключено, что объяснение механизма Большого Взрыва связано с новыми, пока еще неизвестными законами Природы. Общепринятый современный взгляд на возможное решение проблемы Большого Взрыва основывается на идее объединения теории гравитации и квантовой механики.

Понятие о квантовой гравитации

Можно ли вообще говорить о квантовых проявлениях гравитационного взаимодействия? Как принято считать, принципы квантовой механики носят универсальный характер и применимы к любому физическому объекту. В этом смысле гравитационное поле не представляет исключения. Теоретические исследования показывают, что на квантовом уровне гравитационное взаимодействие переносится элементарной частицей, называемой гравитон. Можно отметить, что гравитон является безмассовым бозоном со спином 2. Гравитационное взаимодействие между частицами, обусловленное обменом гравитоном, условно изображается следующим образом:

Частица испускает гравитон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает гравитон и также изменяет состояние своего движения. В результате возникает воздействие частиц друг на друга.
Как мы уже отмечали, константой связи, характеризующей гравитационное взаимодействие, является ньютоновская константа G. Хорошо известно, что G - размерная величина. Очевидно, что для оценки интенсивности взаимодействия удобно иметь безразмерную константу связи. Чтобы получить такую константу, можно использовать фундаментальные постоянные: (постоянная Планка) и c (скорость света) - и ввести какую-нибудь эталонную массу, например массу протона m p . Тогда безразмерная константа связи гравитационного взаимодействия будет

Gm p 2 /(c) ~ 6·10 -39 ,

что, конечно, является очень малой величиной.
Интересно отметить, что из фундаментальных постоянных G, , c можно построить величины, имеющие размерность длины, времени, плотности, массы, энергии. Эти величины называются планковскими. В частности, планковская длина l Pl и планковское время t Pl выглядят следующим образом:

Каждая фундаментальная физическая константа характеризует определенный круг физических явлений: G - гравитационные явления, - квантовые, c - релятивистские. Поэтому если в какое-то соотношение входят одновременно G, , c, то это значит, что данное соотношение описывает явление, которое одновременно является гравитационным, квантовым и релятивистским. Таким образом, существование планковских величин указывает на возможное существование соответствующих явлений в Природе.
Конечно, численные значения l Pl и t Pl очень малы по сравнению с характерными значениями величин в макромире. Но это означает только то, что квантовогравитационные эффекты слабо проявляют себя. Они могли быть существенны лишь тогда, когда характерные параметры стали бы сравнимыми с планковскими величинами.
Отличительной чертой явлений микромира является то обстоятельство, что физические величины оказываются подверженными так называемым квантовым флуктуациям. Это означает, что при многократных измерениях физической величины в определенном состоянии принципиально должны получаться различные численные значения, обусловленные неконтролируемым взаимодействием прибора с наблюдаемым объектом. Вспомним, что гравитация связана с проявлением кривизны пространства-времени, то есть с геометрией пространства-времени. Поэтому следует ожидать, что на временах порядка t Pl и расстояниях порядка l Pl геометрия пространства-времени должна стать квантовым объектом, геометрические характеристики должны испытывать квантовые флуктуации. Другими словами, на планковских масштабах нет никакой фиксированной пространственно-временной геометрии, образно говоря, пространство-время представляет собой бурлящую пену.
Последовательная квантовая теория гравитации не построена. В силу чрезвычайно малых значений l Pl , t Pl следует ожидать, что в любом обозримом будущем не удастся поставить эксперименты, в которых проявили бы себя квантовогравитационные эффекты. Поэтому теоретическое исследование вопросов квантовой гравитации остается единственной возможностью продвижения вперед. Есть ли, однако, явления, где квантовая гравитация могла бы оказаться существенной? Да, есть, и мы о них уже говорили. Это гравитационный коллапс и Большой Взрыв. Согласно классической теории гравитации, объект, подверженный гравитационному коллапсу, должен сжиматься до сколь угодно малых размеров. Это означает, что его размеры могут стать сравнимыми с l Pl , где классическая теория уже неприменима. Точно так же в процессе Большого Взрыва возраст Вселенной был сравним с t Pl и она имела размеры порядка l Pl . Это означает, что понимание физики Большого Взрыва невозможно в рамках классической теории. Таким образом, описание конечной стадии гравитационного коллапса и начальной стадии эволюции Вселенной может быть осуществлено только с привлечением квантовой теории гравитации.

Слабое взаимодействие

Это взаимодействие является наиболее слабым из фундаментальных взаимодействий, экспериментально наблюдаемых в распадах элементарных частиц, где принципиально существенными являются квантовые эффекты. Напомним, что квантовые проявления гравитационного взаимодействия никогда не наблюдались. Слабое взаимодействие выделяется с помощью следующего правила: если в процессе взаимодействия участвует элементарная частица, называемая нейтрино (или антинейтрино), то данное взаимодействие является слабым.

Типичный пример слабого взаимодействия - это бета-распад нейтрона

N p + e - + e ,

где n - нейтрон, p - протон, e - - электрон, e - электронное антинейтрино. Следует, однако, иметь в виду, что указанное выше правило совсем не означает, что любой акт слабого взаимодействия обязан сопровождаться нейтрино или антинейтрино. Известно, что имеет место большое число безнейтринных распадов. В качестве примера можно отметить процесс распада лямбда-гиперона на протон p и отрицательно заряженный пион π − . По современным представлениям нейтрон и протон не являются истинно элементарными частицами, а состоят из элементарных частиц, называемых кварками.
Интенсивность слабого взаимодействия характеризуется константой связи Ферми G F . Константа G F размерна. Чтобы образовать безразмерную величину, необходимо использовать какую-нибудь эталонную массу, например массу протона m p . Тогда безразмерная константа связи будет

G F m p 2 ~ 10 -5 .

Видно, что слабое взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного.
Слабое взаимодействие в отличие от гравитационного является короткодействующим. Это означает, что слабое взаимодействие между частицами начинает действовать, только если частицы находятся достаточно близко друг к другу. Если же расстояние между частицами превосходит некоторую величину, называемую характерным радиусом взаимодействия, слабое взаимодействие не проявляет себя. Экспериментально установлено, что характерный радиус слабого взаимодействия порядка 10 -15 см, то есть слабое взаимодействие, сосредоточен на расстояниях меньше размеров атомного ядра.
Почему можно говорить о слабом взаимодействии как о независимом виде фундаментальных взаимодействий? Ответ прост. Установлено, что есть процессы превращений элементарных частиц, которые не сводятся к гравитационным, электромагнитным и сильным взаимодействиям. Хороший пример, показывающий, что существуют три качественно различных взаимодействия в ядерных явлениях, связан с радиоактивностью. Эксперименты указывают на наличие трех различных видов радиоактивности: -, - и -радиоактивных распадов. При этом -распад обусловлен сильным взаимодействием, -распад - электромагнитным. Оставшийся -распад не может быть объяснен электромагнитным и сильным взаимодействиями, и мы вынуждены принять, что есть еще одно фундаментальное взаимодействие, названное слабым. В общем случае необходимость введения слабого взаимодействия обусловлена тем, что в природе происходят процессы, в которых электромагнитные и сильные распады запрещены законами сохранения.
Хотя слабое взаимодействие существенно сосредоточено внутри ядра, оно имеет определенные макроскопические проявления. Как мы уже отмечали, оно связано с процессом β-радиоактивности. Кроме того, слабое взаимодействие играет важную роль в так называемых термоядерных реакциях, ответственных за механизм энерговыделения в звездах.
Удивительнейшим свойством слабого взаимодействия является существование процессов, в которых проявляется зеркальная асимметрия. На первый взгляд кажется очевидным, что разница между понятиями левое и правое условна. Действительно, процессы гравитационного, электромагнитного и сильного взаимодействия инвариантны относительно пространственной инверсии, осуществляющей зеркальное отражение. Говорят, что в таких процессах сохраняется пространственная четность P. Однако экспериментально установлено, что слабые процессы могут протекать с несохранением пространственной четности и, следовательно, как бы чувствуют разницу между левым и правым. В настоящее время имеются твердые экспериментальные доказательства, что несохранение четности в слабых взаимодействиях носит универсальный характер, оно проявляет себя не только в распадах элементарных частиц, но и в ядерных и даже атомных явлениях. Следует признать, что зеркальная асимметрия представляет собой свойство Природы на самом фундаментальном уровне.
Несохранение четности в слабых взаимодействиях выглядело настолько необычным свойством, что практически сразу после его открытия теоретики предприняли попытки показать, что на самом деле существует полная симметрия между левым и правым, только она имеет более глубокий смысл, чем это ранее считалось. Зеркальное отражение должно сопровождаться заменой частиц на античастицы (зарядовое сопряжение C), и тогда все фундаментальные взаимодействия должны быть инвариантными. Однако позднее было установлено, что эта инвариантность не является универсальной. Существуют слабые распады так называемых долгоживущих нейтральных каонов на пионы π + , π − , запрещенные, если бы указанная инвариантность реально имела место. Таким образом, отличительным свойством слабого взаимодействия является его CP-неинвариантность. Возможно, что это свойство ответственно за то обстоятельство, что вещество во Вселенной значительно превалирует над антивеществом, построенным из античастиц. Мир и антимир несимметричны.
Вопрос о том, какие частицы являются переносчиками слабого взаимодействия, долгое время был неясен. Понимания удалось достичь сравнительно недавно в рамках объединенной теории электрослабых взаимодействий - теории Вайнберга-Салама-Глэшоу. В настоящее время общепринято, что переносчиками слабого взаимодействия являются так называемые W ± - и Z 0 -бозоны. Это заряженные W ± и нейтральная Z 0 элементарные частицы со спином 1 и массами, равными по порядку величины 100 m p .

Электромагнитное взаимодействие

В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы. В этом смысле оно достаточно универсально. Классической теорией электромагнитного взаимодействия является максвелловская электродинамика. В качестве константы связи принимается заряд электрона e.
Если рассмотреть два покоящихся точечных заряда q 1 и q 2 , то их электромагнитное взаимодействие сведется к известной электростатической силе. Это означает, что взаимодействие является дальнодействующим и медленно спадает с ростом расстояния между зарядами.
Классические проявления электромагнитного взаимодействия хорошо известны, и мы не будем на них останавливаться. С точки зрения квантовой теории переносчиком электромагнитного взаимодействия является элементарная частица фотон - безмассовый бозон со спином 1. Квантовое электромагнитное взаимодействие между зарядами условно изображается следующим образом:

Заряженная частица испускает фотон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает этот фотон и также изменяет состояние своего движения. В результате частицы как бы чувствуют наличие друг друга. Хорошо известно, что электрический заряд является размерной величиной. Удобно ввести безразмерную константу связи электромагнитного взаимодействия. Для этого надо использовать фундаментальные постоянные и c. В результате приходим к следующей безразмерной константе связи, называемой в атомной физике постоянной тонкой структуры α = e 2 /c ≈1/137.

Легко заметить, что данная константа значительно превышает константы гравитационного и слабого взаимодействий.
С современной точки зрения электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой различные стороны единого электрослабого взаимодействия. Создана объединенная теория электрослабого взаимодействия - теория Вайнберга-Салама-Глэшоу, объясняющая с единых позиций все аспекты электромагнитных и слабых взаимодействий. Можно ли понять на качественном уровне, как происходит разделение объединенного взаимодействия на отдельные, как бы независимые взаимодействия?
Пока характерные энергии достаточно малы, электромагнитное и слабое взаимодействия отделены и не влияют друг на друга. С ростом энергии начинается их взаимовлияние, и при достаточно больших энергиях эти взаимодействия сливаются в единое электрослабое взаимодействие. Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 10 2 ГэВ (ГэВ - это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 10 9 эВ, 1 эВ = 1.6·10 -12 эрг = 1.6·10 19 Дж). Для сравнения отметим, что характерная энергия электрона в основном состоянии атома водорода порядка 10 -8 ГэВ, характерная энергия связи атомного ядра порядка 10 -2 ГэВ, характерная энергия связи твердого тела порядка 10 -10 ГэВ. Таким образом, характерная энергия объединения электромагнитных и слабых взаимодействий огромна по сравнению с характерными энергиями в атомной и ядерной физике. По этой причине электромагнитное и слабое взаимодействия не проявляют в обычных физических явлениях своей единой сущности.

Сильное взаимодействие

Сильное взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер. Поскольку атомные ядра большинства химических элементов стабильны, то ясно, что взаимодействие, которое удерживает их от распада, должно быть достаточно сильным. Хорошо известно, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Чтобы положительно заряженные протоны не разлетелись в разные стороны, необходимо наличие сил притяжения между ними, превосходящих силы электростатического отталкивания. Именно сильное взаимодействие является ответственным за эти силы притяжения.
Характерной чертой сильного взаимодействия является его зарядовая независимость. Ядерные силы притяжения между протонами, между нейтронами и между протоном и нейтроном по существу одинаковы. Отсюда следует, что с точки зрения сильных взаимодействий протон и нейтрон неотличимы и для них используется единый термин нуклон , то есть частица ядра.

Характерный масштаб сильного взаимодействия можно проиллюстрировать рассмотрев два покоящихся нуклона. Теория приводит к потенциальной энергии их взаимодействия в виде потенциала Юкавы

где величина r 0 ≈10 -13 см и совпадает по порядку величины с характерным размером ядра, g - константа связи сильного взаимодействия. Это соотношение показывает, что сильное взаимодействие является короткодействующим и по существу полностью сосредоточено на расстояниях, не превышающих характерного размера ядра. При r > r 0 оно практически исчезает. Известным макроскопическим проявлением сильного взаимодействия служит эффект -радиоактивности. Следует, однако, иметь в виду, что потенциал Юкавы не является универсальным свойством сильного взаимодействия и не связан с его фундаментальными аспектами.
В настоящее время существует квантовая теория сильного взаимодействия, получившая название квантовой хромодинамики. Согласно этой теории, переносчиками сильного взаимодействия являются элементарные частицы - глюоны. По современным представлениям частицы, участвующие в сильном взаимодействии и называемые адронами, состоят из элементарных частиц - кварков.
Кварки представляют собой фермионы со спином 1/2 и ненулевой массой. Наиболее удивительным свойством кварков является их дробный электрический заряд. Кварки формируются в три пары (три поколения дублетов), обозначаемые следующим образом:

u	c
d	s	b

Каждый тип кварка принято называть ароматом, так что существуют шесть кварковых ароматов. При этом u-, c-, t-кварки имеют электрический заряд 2/3|e| , а d-, s-, b-кварки - электрический заряд -1/3|e|, где e - заряд электрона. Кроме того, существуют три кварка данного аромата. Они отличаются квантовым числом, называемым цветом и принимающим три значения: желтый, синий, красный. Каждому кварку соответствует антикварк, имеющий по отношению к данному кварку противоположный электрический заряд и так называемый антицвет: антижелтый, антисиний, антикрасный. Принимая во внимание число ароматов и цветов, мы видим, что всего существуют 36 кварков и антикварков.
Кварки взаимодействуют друг с другом посредством обмена восемью глюонами, которые представляют собой безмассовые бозоны со спином 1. В процессе взаимодействия цвета кварков могут изменяться. При этом сильное взаимодействие условно изображается следующим образом:

Кварк, входящий в состав адрона, испускает глюон, в силу чего состояние движения адрона изменяется. Этот глюон поглощается кварком, входящим в состав другого адрона, и меняет состояние его движения. В результате возникает взаимовоздействие адронов друг на друга.
Природа устроена так, что взаимодействие кварков всегда ведет к образованию бесцветных связанных состояний, которые как раз и являются адронами. Например, протон и нейтрон составлены из трех кварков: p = uud, n = udd. Пион π − составлен из кварка u и антикварка : π − = u. Отличительная черта кварк-кваркового взаимодействия через глюоны состоит в том, что с уменьшением расстояния между кварками их взаимодействие ослабляется. Это явление получило название асимптотической свободы и ведет к тому, что внутри адронов кварки можно рассматривать как свободные частицы. Асимптотическая свобода естественным образом вытекает из квантовой хромодинамики. Имеются экспериментальные и теоретические указания на то, что с ростом расстояния взаимодействие между кварками должно возрастать, в силу чего кваркам энергетически выгодно находиться внутри адрона. Это означает, что мы можем наблюдать только бесцветные объекты - адроны. Одиночные кварки и глюоны, обладающие цветом, не могут существовать в свободном состоянии. Явление удержания элементарных частиц, обладающих цветом, внутри адронов получило название конфайнмента. Для объяснения конфайнмента предлагались различные модели, однако последовательное описание, вытекающее из первых принципов теории, до сих пор не построено. С качественной точки зрения трудности связаны с тем, что, обладая цветом, глюоны взаимодействуют со всеми цветными объектами, в том числе и друг с другом. По этой причине квантовая хромодинамика является существенно нелинейной теорией и приближенные методы исследования, принятые в квантовой электродинамике и электрослабой теории, оказываются не вполне адекватными в теории сильных взаимодействий.

Тенденции объединения взаимодействий

Мы видим, что на квантовом уровне все фундаментальные взаимодействия проявляют себя одинаковым образом. Элементарная частица вещества испускает элементарную частицу - переносчик взаимодействия, которая поглощается другой элементарной частицей вещества. Это ведет к взаимовлиянию частиц вещества друг на друга.
Безразмерная константа связи сильного взаимодействия может быть построена по аналогии с постоянной тонкой структуры в виде g2/(c)10. Если сравнить безразмерные константы связи, то легко заметить, что самым слабым является гравитационное взаимодействие, а затем располагаются слабое, электромагнитное и сильное.
Если принять во внимание уже развитую объединенную теорию электрослабых взаимодействий, называемую сейчас стандартной, и следовать тенденции объединения, то возникает проблема построения единой теории электрослабого и сильного взаимодействий. В настоящее время созданы модели такой единой теории, получившие название модели великого объединения. Все эти модели имеют много общих моментов, в частности характерная энергия объединения оказывается порядка 10 15 ГэВ, что значительно превосходит характерную энергию объединения электромагнитных и слабых взаимодействий. Отсюда вытекает, что прямое экспериментальное исследование великого объединения выглядит проблематичным даже в достаточно отдаленном будущем. Для сравнения отметим, что наибольшая энергия, достижимая на современных ускорителях, не превышает 10 3 ГэВ. Поэтому если и будут получены какие-либо экспериментальные данные относительно великого объединения, то они могут носить только косвенный характер. В частности, модели великого объединения предсказывают распад протона и существование магнитного монополя большой массы. Экспериментальное подтверждение этих предсказаний было бы грандиозным триумфом тенденций объединения.
Общая картина разделения единого великого взаимодействия на отдельные сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия выглядит следующим образом. При энергиях порядка 10 15 ГэВ и выше существует единое взаимодействие. Когда энергия становится ниже 10 15 ГэВ, сильное и электрослабое взаимодействия отделяются друг от друга и представляются как различные фундаментальные взаимодействия. При дальнейшем уменьшении энергии ниже 10 2 ГэВ происходит отделение слабого и электромагнитного взаимодействий. В результате на масштабе энергий, характерных для физики макроскопических явлений, три рассматриваемых взаимодействия выглядят как не имеющие единой природы.
Заметим теперь, что энергия 10 15 ГэВ отстоит не так далеко от планковской энергии

при которой становятся существенными квантовогравитационные эффекты. Поэтому теория великого объединения с необходимостью ведет к проблеме квантовой гравитации. Если далее следовать тенденции объединения, мы должны принять идею о существовании одного всеобъемлющего фундаментального взаимодействия, которое разделяется на отдельные гравитационное, сильное, слабое и электромагнитное последовательно по мере понижения энергии от планковского значения до энергий, меньших 10 2 ГэВ.
Построение такой грандиозной объединяющей теории, по-видимому, неосуществимо в рамках системы идей, приведших к стандартной теории электрослабых взаимодействий и моделям великого объединения. Требуется привлечение новых, возможно кажущихся сумасшедшими, представлений, идей, методов. Несмотря на очень интересные подходы, развитые в последнее время, такие, как супергравитация и теория струн, проблема объединения всех фундаментальных взаимодействий остается открытой.

Заключение

Итак, мы сделали обзор основных сведений, касающихся четырех фундаментальных взаимодействий Природы. Кратко описаны микроскопические и макроскопические проявления этих взаимодействий, картина физических явлений, в которых они играют важную роль.
Везде, где это было возможно, мы старались проследить тенденцию объединения, отметить общие черты фундаментальных взаимодействий, привести данные о характерных масштабах явлений. Конечно, излагаемый здесь материал не претендует на полноту рассмотрения и не содержит многих важных деталей, необходимых для систематического изложения. Подробное описание затронутых нами вопросов требует использования всего арсенала методов современной теоретической физики высоких энергий и выходит за рамки данной статьи, научно-популярной литературы. Нашей целью было изложение общей картины достижений современной теоретической физики высоких энергий, тенденции ее развития. Мы стремились вызвать интерес читателя к самостоятельному, более подробному изучению материала. Конечно, при таком подходе неизбежны определенные огрубления.
Предлагаемый список литературы позволяет более подготовленному читателю углубить свое представление о вопросах, рассмотренных в статье.

1. Окунь Л.Б. a, b, g, Z. М.: Наука, 1985.
2. Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1984.
3. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. М.: Наука, 1988.
4. Фридман Д., ван. Ньювенхейзен П. // Успехи физ. наук. 1979. Т. 128. N 135.
5. Хокинг С. От Большого Взрыва до черных дыр: Краткая история времени. М.: Мир, 1990.
6. Девис П. Суперсила: Поиски единой теории природы. М.: Мир, 1989.
7. Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма идей в познании природы. М.: Наука, 1987.
8. Готтфрид К., Вайскопф В. Концепции физики элементарных частиц. М.: Мир, 1988.
9. Coughlan G.D., Dodd J.E. The Ideas of Particle Physics. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1993.

Взаимодействие в физике - это воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к из­менению их движения.

Близкодействие и дальнодействие (или действие на расстоянии). О том, как осуществляется взаимодействие тел, в физике издавна существовали две точки зрения. Первая из них предпола­гала наличие некоторого агента (например, эфира), через который одно тело передает свое влия­ние на другое, причем с конечной скоростью. Это теория близкодействия. Вторая предполагала, что взаимодействие между телами осуществляется через пустое пространство, не принимающее никакого участия в передаче взаимодействия, причем передача происходит мгновенно. Это тео­рия дальнодействия. Она, казалось бы, окончательно победила после открытия Ньютоном зако­на всемирного тяготения. Так, например, считалось, что перемещение Земли должно сразу же приводить к изменению силы тяготения, действующей на Луну. Кроме самого Ньютона, позднее концепции дальнодействия придерживались Кулон и Ампер.

После открытия и исследования электромагнитного поля (см.Электромагнитное поле) тео­рия дальнодействия была отвергнута, так как было доказано, что взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно, а с конечной скоростью (равной скорости света: с = 3 108 м/с) и перемещение одного из зарядов приводит к изменению сил, действующих на дру­гие заряды, не мгновенно, а спустя некоторое время. Возникла новая теория близкодействия, которая была затем распространена и на все другие виды взаимодействий. Согласно теории близ­кодействия взаимодействие осуществляется посредством соответствующих полей, окружающих тела и непрерывно распределенных в пространстве (т. е. поле является тем посредником, который передает действие одного тела на другое). Взаимодействие электрических зарядов - посредством электромагнитного поля, всемирное тяготение - посредством гравитационного поля.

На сегодняшний день физике известны четыре типа фундаментальных взаимодействий, существующих в природе (в порядке возрастания интенсивности): гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия.

Фундаментальными называются взаимодействия, которые нельзя свести к другим типам вза­имодействий.

Взаимодействие Взаимодействующие частицы " Относительная Радиус действия, м интенсивность Гравитационное Все, кроме фотона Электромагнитное Заряженные частицы

Фундаментальные взаимодействия отличаются интенсивностью и радиусом действия (см. табл. 1.1). Под радиусом действия понимают максимальное расстояние между частица­ми, за пределами которого их взаимодействием можно пренебречь.

По радиусу действия фундаментальные взаимодействия делятся надальнодействуюгцие {гра­витационное и электромагнитное) икороткодействующие (слабое и сильное) (см. табл. 1.1).

Гравитационное взаимодействие универсально: в нем участвуют все тела в природе - от звезд, планет и галактик до микрочастиц: атомов, электронов, ядер. Его радиус действия равен бесконеч­ности. Однако как для элементарных частиц микромира, так и для окружающих нас предметов макромира силы гравитационного взаимодействия настолько малы, что ими можно пренебречь (см. табл. 1.1). Оно становится заметным с увеличением массы взаимодействующих тел и потому определяющим в поведении небесных тел и образовании и эволюции звезд.

Слабое взаимодействие присуще всем элементарным частицам, кроме фотона. Оно отвечает за большинство ядерных реакций распада и многие превращения элементарных частиц.

Электромагнитное взаимодействие определяет структуру вещества, связывая электроны и ядра в атомах и молекулах, объединяя атомы и молекулы в различные вещества. Оно определяет хими­ческие и биологические процессы. Электромагнитное взаимодействие является причиной таких явлений, как упругость, трение, вязкость, магнетизм и составляет природу соответствующих сил. На движение макроскопических электронейтральных тел оно существенного влияния не оказывает.

Сильное взаимодействие осуществляется между адронами, именно оно удерживает нуклоны в ядре.

В 1967 г. Шелдон Глэшоу, Абдус Салам и Стивен Вайнберг создали теорию, объединяющую электромагнитное и слабое взаимодействия в единое электрослабое взаимодействие с радиусом действия 10~17 м, в пределах которого исчезает различие между слабым и электромагнитным вза­имодействиями.

В настоящее время выдвинута теория великого объединения, согласно которой существуют лишь два типа взаимодействий: объединенное, куда входятсильное, слабое и электромагнитное взаимодействия, и гравитационное взаимодействие.

Есть также предположение, что все четыре взаимодействия являются частными случаями про­явления единого взаимодействия.

В механике взаимное действие тел друг на друга характеризуется силой (см.Сила). Более общей характеристикой взаимодействия является потенциальная энергия (см. Потенциальная энергия).

Силы в механике делятся на гравитационные, упругости и трения. Как уже упоминалось выше, природа механических сил обусловлена гравитационным и электромагнитным взаимодейс­твиями. Только эти взаимодействия можно рассматривать как силы в смысле механики Ньютона. Сильные (ядерные) и слабые взаимодействия проявляются на таких малых расстояниях, при ко­торых законы механики Ньютона, а вместе с ними и понятие механической силы теряют смысл. Поэтому термин «сила» в этих случаях следует воспринимать как «взаимодействие».

• 2.2 Слабое взаимодействие
• 5 Фундаментальные взаимодействия в природе - Итог

Под фундаментальными взаимодействиями (англ. Fundamental interactions) в микромире понимают качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц.

1 Фундаментальные взаимодействия существующие в природе

Изучая строение вещества, наличие и взаимодействия физических полей, физика экспериментально установила существование в природе следующих двух типов фундаментальных взаимодействий и их физических полей :

• Электромагнитные фундаментальные взаимодействия (электромагнитные поля)
• Гравитационные фундаментальные взаимодействия (гравитационные поля элементарных частиц)

У данных фундаментальных взаимодействий есть соответствующие им физические поля, поэтому их существование невозможно оспаривать. Все иные взаимодействия, действительно существующие в природе, должны сводиться к этим двум типам фундаментальных взаимодействий.

Утверждения некоторых абстрактных теоретических построений о том, что «сегодня достоверно известно существование четырёх фундаментальных взаимодействий (не считая поля Хиггса)» не имеют доказательств – нам выдают желаемое за наблюдаемое. Выдумать модно любую красивую "теорию", нарисовать на компьютере восхитительные картинки, будоражащие воображение, но пока не будет экспериментальных доказательств - это будет оставаться математической гипотезой, или математической сказкой. А поля Хиггса также в природе НЕТ, и масса элементарных частиц вещества Вселенной не создается этим сказочным полем.

1.1 Электромагнитные фундаментальные взаимодействия

Электромагнитные фундаментальные взаимодействия - один из существующих в природе двух типов фундаментальных взаимодействий. Электромагнитные фундаментальные взаимодействия существуют между частицами, обладающими электрическими полями или магнитными полями, как постоянными, так и переменными, как постоянными полями электрических зарядов и магнитных моментов, так и дипольными. Электромагнитные фундаментальные взаимодействия между участвующими частицами осуществляется только посредством электромагнитных полей. У электромагнитных фундаментальных взаимодействий можно выделить следующие компоненты:

Электрическое взаимодействие электрических полей заряженных частиц отличается своим дальнодействующим характером - сила взаимодействия между двумя зарядами спадает как вторая степень расстояния. По такому же закону спадает с расстоянием гравитационное взаимодействие. Это единственная дальнодействующая составляющая у электромагнитных фундаментальных взаимодействий. В ближней зоне электрическое поле заряженной элементарной частицы имеет дипольную структуру.

Магнитное взаимодействие магнитных полей элементарных частиц, обладающих магнитным моментом, отличается своим короткодействующим характером - сила взаимодействия между двумя магнитными моментами в дальней зоне (на расстояниях, значительно превышающих размеры элементарной частицы) спадает как третья степень расстояния.

Электрическое взаимодействие электрических полей нейтральных элементарных частиц, не обладающих электрическим зарядом, но обладающих дипольным электрическим полем, отличается своим короткодействующим характером - сила взаимодействия между двумя дипольными электрическими моментами в дальней зоне (на расстояниях, значительно превышающих размеры элементарной частицы) спадает как третья степень расстояния. По такому же закону спадает с расстоянием магнитное взаимодействие.

Магнитное взаимодействие магнитных дипольных полей нейтральных элементарных частиц, обладающих магнитным дипольным моментом, отличается своим особо короткодействующим характером - сила взаимодействия между двумя дипольными магнитными моментами в дальней зоне (на расстояниях, значительно превышающих размеры элементарной частицы) спадает как четвертая степень расстояния.

Электромагнитные фундаментальные взаимодействия элементарных частиц намного сильнее гравитационных фундаментальных взаимодействий, но их интенсивность зависит не только от величин зарядов и токов, но и от размеров участвующих частиц.

Электромагнитные фундаментальные взаимодействия описываются классической электродинамикой.

В электромагнитных фундаментальных взаимодействиях могут принимать участие объекты, обладающие хотя бы одной из следующих составляющих:

• электрическим зарядом,
• электрическим дипольным полем,
• магнитным моментом,
• магнитным дипольным полем,
• переменным электромагнитным полем.

Таковыми являются все из известных элементарных частиц, поэтому утверждение, что электронное нейтрино не участвует в электромагнитных фундаментальных взаимодействиях - НЕ соответствует действительности .

1.2 Гравитационные фундаментальные взаимодействия

В 20 веке считалось, что Гравитационное взаимодействие - универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами. Но поскольку физика установила структуру материальных тел и природу гравитации, то наши знания о гравитации в начале 21 века существенно изменились.

Под гравитационными фундаментальными взаимодействиями понимаются взаимодействия векторных гравитационных полей элементарных частиц вещества Вселенной . Прежнее понимание гравитации и математические сказки 20 века, связанные с гравитацией, остаются в прошлом. В природе существует не гравитационное поле некоторого абстрактного вещества массой m, а суперпозиция векторных гравитационных полей, создаваемых элементарными частицами вещества, зависящих не только от величины массы элементарных частиц источников гравитации, но и от ориентации их спинов, а математика тут иная. Поэтому, всякое материальное вещество, тепловым движением своих атомов, создает в окружающем пространстве гравитационные волны.

Природа гравитационных свойств элементарных частиц и распространение гравитационных полей в пространстве описана в Теории гравитации элементарных частиц.

2 Вымышленные фундаментальные взаимодействия

Поскольку математическим моделям физики 20 века не хватило существующих в природе всего лишь двух типов фундаментальных взаимодействий, для описания поведения открытых элементарных частиц, им пришлось недостающие ВЫДУМАТЬ.

2.1 Сильное взаимодействие - сказочное фундаментальное взаимодействие сказочных кварков

Сначала цитата из мировой Википедии: "Сильное ядерное взаимодействие (цветовое взаимодействие, ядерное взаимодействие) - одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в физике. В сильном взаимодействии участвуют кварки и глюоны и составленные из них частицы, называемые адронами (барионы и мезоны). Оно действует в масштабах порядка размера атомного ядра и менее, отвечая за связь между кварками в адронах и за притяжение между нуклонами (разновидность барионов - протоны и нейтроны) в ядрах. "

Налицо надувательство в физике . В природе существуют ядерные взаимодействия - это есть факт, а остальное - ВЫМЫСЕЛ. К действительно существующему в природе ядерному взаимодействию (которое можно свести к суперпозиции взаимодействий электромагнитных полей элементарных частиц) пристыковываются сказочные кварки со сказочными глюонами - нас пытаются надуть. В природе НЕ найдены кварки и НЕ найдены глюоны, а псевдонаучная сказочка под названием "конфайнмент" - это издевательство над законами природы. Никто НЕ доказал, что барионы состоят из сказочных кварков. За якобы наблюдаемые следы сказочных кварков, нам пытаются вдуть следствия волнового переменного электромагнитного поля элементарных частиц. Ну а сказочный обмен виртуальными частицами противоречит законам природы.

2.2 Слабое взаимодействие

Цитата из мировой Википедии "Слабое ядерное взаимодействие - фундаментальное взаимодействие, ответственное, в частности, за процессы бета-распада атомных ядер и слабые распады элементарных частиц, а также нарушения законов сохранения пространственной и комбинированной чётности в них. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия, значимые для ядерной физики и физики высоких энергий (сильное и электромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее четвёртого из фундаментальных взаимодействий, гравитационного.

Слабое взаимодействие является короткодействующим - оно проявляется на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра (характерный радиус взаимодействия 2·10 -18 м).

Переносчиками слабого взаимодействия являются векторные бозоны W + , W - и Z 0 . При этом различают взаимодействие так называемых заряженных слабых токов и нейтральных слабых токов. Взаимодействие заряженных токов (при участии заряженных бозонов W ±) приводит к изменению зарядов частиц и превращению одних лептонов и кварков в другие лептоны и кварки. Взаимодействие нейтральных токов (при участии нейтрального бозона Z 0) не меняет заряды частиц и переводит лептоны и кварки в те же самые частицы. "

А теперь, правда. Доказательствами существования в природе слабого фундаментального взаимодействия физика по-прежнему НЕ располагает - нам подсовывают математическую СКАЗКУ и хотят, чтобы мы ее приняли на веру.

Утверждение о том, что слабое взаимодействия якобы проявляется на расстояниях 2·10 -18 м – это сказка. Элементарные частицы не являются точечными объектами – для сжатия электромагнитных полей элементарных частиц потребуется энергия. Так линейные размеры нейтрона (якобы распадающегося по слабому взаимодействию) на два порядка выше характерного радиуса взаимодействия – это что: в одном крохотном участке нейтрона слабое взаимодействие действует, а в соседних участках уже нет? Известные физике элементарные частицы с ненулевой величиной массы покоя обладают линейными размерами, превосходящими характерный радиус слабого взаимодействия, многие значительно – тогда что и с чем так «взаимодействует».

Законы природы потому и являются законами, что они существуют объективно и работают. А если что-то нарушается, то значит это НЕ закон природы, а некоторая математическая абстракция, подсовываемая нам в качестве якобы закона природы.

Более точное название группы элементарных частиц W + , W - и Z 0 - не векторные бозоны, а векторные мезоны. В природе имеется группировка элементарных частиц с целым спином: векторных мезонов, часть из которых нам подсовывают в качестве переносчиков слабого взаимодействия. У данной искусственно выбранной группки векторных мезонов спин равен единице. Каждая элементарная частица из векторных мезонов, в том числе и нейтральная, обязательно имеет собственную античастицу, отличающуюся знаком электрического заряда (для заряженных частиц) и знаком магнитного момента (для нейтральных частиц). У W + векторного мезона имеется такая античастица: W - векторный мезон. Аналогично и Z 0 векторный мезон имеет собственную античастицу. Но если Z 0 векторный мезон переносит слабое взаимодействие, то за какое взаимодействие в природе отвечает его античастица - за Анти-слабое? Но ведь такого взаимодействия еще не выдумали. Ну а если античастица также отвечает за слабое, то зачем природе дублирование части "переносчиков" взаимодействия.

Переносчиков слабого взаимодействия в природе НЕТ - в природе имеется группировка элементарных частиц с целым спином: векторных мезонов, которые нам подсовывают в качестве этих переносчиков . Физика уже экспериментально открыла около 10 таких элементарных частиц, они обладают свойствами, характерными для векторных мезонов. Согласно полевой теории элементарных частиц, потенциальное число векторных мезонов бесконечно - нас ждут новые интересные открытия, вне рамок Стандартной модели.

Кварков в природе НЕТ , а что касается бета-распадов, то согласно полевой теории элементарных частиц, в основе механизма распада элементарных частиц лежит стремление каждой элементарной частицы, перейти на более низкий энергетический уровень (аналогичное наблюдаем в атоме и атомном ядре) или точнее уровни. Оно ограничено законами природы, наличием других элементарных частиц и их энергетическими уровнями, но это уже из научных открытий физики 21 века.

2.3 Электромагнитное взаимодействие

Цитата из мировой Википедии "Электромагнитное взаимодействие - одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля.

С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном - фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, но может взаимодействовать с другими фотонами путём обмена виртуальными электрон-позитронными парами.

Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют также имеющие электрический заряд частицы: кварки, электрон, мюон и тау-лептон (из фермионов), а также заряженные калибровочные W ± -бозоны. Остальные фундаментальные частицы Стандартной Модели (все типы нейтрино, бозон Хиггса и переносчики взаимодействий: калибровочный Z 0 -бозон, фотон, глюоны) электрически нейтральны. "

А теперь, правда.

Из существующих в природе электромагнитных фундаментальных взаимодействий (см. пункт 1.1) под разрабатываемые теоретические построения подходило только одно - электрическое взаимодействие электрических полей заряженных частиц, отличающееся своим дальнодействующим характером, у которого сила взаимодействия между двумя зарядами спадает как вторая степень расстояния (именно то, что требовалось квантовой "теории"). Его и выбрали, обозвав электромагнитным взаимодействием , а про остальные позабыли. При этом, начисто забыли о взаимодействиях магнитных полей элементарных частиц, и получилась Сказка для самых маленьких.

Почему взаимодействия электрических полей элементарных частиц обязательно должны переноситься, в нарушение законов природы. Потребность этого со стороны квантовой «теории» не является доказательством существования в природе такого механизма распространения фундаментальных взаимодействий. И утверждение о квантовом возбуждении электромагнитного поля – это очередная математическая сказка. И какую бы математическую сказку ни сочинили о фотоне – фотон все равно останется одиночной электромагнитной волной волнового переменного электромагнитного поля и остается электрически нейтральным . А за взаимодействия электрических полей заряженных элементарных частиц электрически нейтральный фотон никак отвечать не может.

2.4 Электрослабое взаимодействие - пятое сказочное фундаментальное взаимодействие

Цитаты из мировой Википедии "Стандартная модель физики элементарных частиц описывает электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие как разные проявления единого электрослабого взаимодействия, теорию которого разработали около 1968 года Ш. Глэшоу, А. Салам и С. Вайнберг. За эту работу они получили Нобелевскую премию по физике за 1979 год.

В физике элементарных частиц электрослабое взаимодействие является общим описанием двух из четырёх фундаментальных взаимодействий: слабого взаимодействия и электромагнитного взаимодействия. Хотя эти два взаимодействия очень различаются на обычных низких энергиях, в теории они представляются как два разных проявления одного взаимодействия. При энергиях выше энергии объединения (порядка 100 ГэВ) они соединяются в единое электрослабое взаимодействие.

Теория электрослабого взаимодействия представляет собой созданную в конце 60-х годов 20-го века С. Вайнбергом, Ш. Глэшоу, А. Саламом единую (объединённую) теорию слабого и электромагнитного взаимодействий кварков и лептонов, осуществляемых посредством обмена четырьмя частицами - безмассовыми фотонами (электромагнитное взаимодействие) и тяжёлыми промежуточными векторными бозонами (слабое взаимодействие). Причём фотон и Z-бозон являются суперпозицией других двух частиц - B 0 и W 0 .

Математически объединение осуществляется при помощи калибровочной группы SU(2) × U(1). Соответствующие калибровочные бозоны - фотон (электромагнитное взаимодействие) и W- и Z-бозоны (слабое взаимодействие). В Стандартной модели калибровочные бозоны слабого взаимодействия получают массу из-за спонтанного нарушения электрослабой симметрии, вызванного механизмом Хиггса

После открытия бозона Хиггса, поле Хиггса стали называть пятым фундаментальным взаимодействием. В 2016 году появились предположения, что пятое взаимодействие может быть связано с новой частицей - протофобным X-бозоном, которая вступает в реакции только с электронами и нейтронами, а также входит в состав темного сектора природы. "

Действительность заключается в том, что в природе НЕТ электромагнитного взаимодействия, а есть электромагнитные фундаментальные взаимодействия, и это разные понятия. В природе также НЕТ слабого взаимодействия - физика НЕ установила существования соответствующего ему физического поля, нам просто подсовывают очередную математическую СКАЗКУ.

Сказочный бозон Хиггса никто не открыл. Нам под видом якобы открытого бозона Хиггса пытаются подсунуть вновь открытую обыкновенную элементарную частицу - векторный мезон. - На два фотона могут распадаться мезоны со спином 0 (такие, как π 0 и η 0) а также векторные мезоны со спином 2. Наличие у элементарной частицы канала двух-фотонного распада, не является доказательством, что перед нами "бозон Хиггса". Когда физики в 1950 году открыли π 0 мезон, обладающий двух-фотонным распадом, никому и в голову не приходило, что открыт очередной бозон Хиггса - "источник массы во Вселенной", поскольку тогда эту математическую сказку еще не выдумали.

Ошибочные решения нынешнего состава Нобелевского комитета по физике, к сожалению, стали обычным явлением. Это далеко не последний случай, когда Нобелевскую премию по физике присудили за математическую СКАЗКУ.

Утверждение о том, что элементарная частица ФОТОН является суперпозицией других двух частиц B 0 и W 0 - бозонов - это надувательство в физике. Математические СКАЗКИ допускают все на свете, а физика такого НЕ установила.

Ну а механизм Хиггса это другая математическая СКАЗКА, за которую также присудили Нобелевскую премию по "физике". Вот только Теория гравитации элементарных частиц установила природный источник массы у элементарных частиц и природный механизм ее образования, НЕ имеющий НИЧЕГО общего со сказкой о бозоне Хиггса. - Но это уже из научных открытий физики 21 века

3 Фундаментальные взаимодействия в рамках квантовой теории

Квантовая теория бездоказательно утверждает о наличии следующих фундаментальных взаимодействий:

• Действительно существующие в природе, ядерные взаимодействия были приписаны не существующим в природе кваркам, осуществляющим виртуальный обмен (в нарушение законов природы) не существующими в природе глюонами.
• Из электромагнитных фундаментальных взаимодействий квантовая теория учитывает только взаимодействия электрических полей заряженных частиц, называя их электромагнитным взаимодействием. Взаимодействия магнитных полей, наличие которых у элементарных частиц доказано экспериментально, попросту игнорируются.
• Слабого взаимодействия в природе нет.
• Такое понимание гравитации, существующей самой по себе, породило сказочку о черных дырах.

А ведь магнитные поля значительно сильнее электрических и обладают короткодействующим характером. - Но тогда для их учета придется начать использовать классическую электродинамику (вместо квантовой электродинамики) и квантовая теория будет вынуждена перейти на фундамент полевой теории элементарных частиц. А если к этому добавить еще главенство закона сохранения энергии и забыть об виртуальных частицах, то микромир увидится совсем по другому - это уже будет не квантовый мир.

4 Создание единой теории фундаментальных взаимодействий

Первой из теорий взаимодействий стал закон всемирного тяготения, выведенный Исааком Ньютоном и опубликованный в 1687 году в труде «Математические начала натуральной философии». Введение Пуассоном в 1813 году понятия гравитационного потенциала и уравнения Пуассона для гравитационного потенциала позволило исследовать гравитационное поле при произвольном распределении вещества. После этого закон всемирного тяготения стал рассматриваться как фундаментальный закон природы, а гравитационное взаимодействие (после 1863 года) как одно из фундаментальных взаимодействий природы. Но это было сделано задолго до открытия физикой строения вещества и элементарных частиц.

Второй из теорий взаимодействий стала теория электромагнетизма, созданная Максвеллом в 1863 году.

В 1915 году, Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности (ОТО), описывающую гравитационное поле. В физике появилась идея построения единой теории двух фундаментальных взаимодействий, подобно тому, как Максвеллу удалось создать общее описание электрических и магнитных явлений. По мнению физиков, такая единая теория объединила бы гравитацию (ОТО) и электромагнетизм в качестве частных проявлений некоего единого взаимодействия.

В течение первой половины XX века ряд физиков предприняли многочисленные попытки создания такой теории на фундаменте из ОТО и теории электромагнетизма Максвелла, но эти попытки не дали положительного результата, поскольку общая теория относительности и теория электромагнетизма различны по своей сути. Тяготение (в рамках ОТО) описывается искривлением пространства-времени, и в этом смысле гравитационное поле нематериально, в то время как электромагнитное поле проявляет все необходимые атрибуты материи. - Возможно они строили будущую теорию не на том фундаменте?

Во второй половине XX столетия задача построения единой теории фундаментальных взаимодействий значительно усложнилась введением не существующих в природе (но тогда об этом физика еще НЕ знала) гипотетических слабого и сильного взаимодействий, а также необходимостью квантования теории. – Физика стала развиваться в тупиковом направлении.

В 1967 году Салам и Вайнберг придумали теорию электрослабого взаимодействия, объединив (по их мнению) электромагнетизм и гипотетические слабые взаимодействия. Позднее в 1973 году была предложена теория гипотетического сильного взаимодействия (квантовая хромодинамика). На их основе была построена модель кварков, которая в последующем трансформировалась в Стандартную модель элементарных частиц (прихватив лептоны, не вписавшиеся в кварковую модель элементарных частиц), описывающую (по ее мнению) гипотетическое электромагнитное, гипотетическое слабое и гипотетическое сильное взаимодействия.

Таким образом, до последнего времени, фундаментальные взаимодействия описывались двумя общепринятыми теориями: общей теорией относительности и Стандартной моделью. Их объединения достичь не удалось из-за трудностей (как считалось) создания квантовой теории гравитации. – Физика окончательно зашла в квантовый ТУПИК, что и должно было произойти. Но быть общепринятой - это не значит быть ВЕРНОЙ. Последнее относится к Стандартной модели - модели сказочных кварков, сказочных глюонов и сказочных фундаментальных (сильного и слабого) взаимодействий. Попытка объединить научную теорию со СКАЗКАМИ ведет к вырождению самой НАУКИ. Подлинная НАУКА ограничена только ПРАВДОЙ, а математические СКАЗКИ могут утверждать все, что придет в голову их сторонникам и выдавать этот вымысел за действительность. Выдумать можно все, но где хотя-бы один найденный в природе кварк или глюон (сказки о якобы обнаруженных следах не предлагать), и как может создавать массу во Вселенной частица, живущая менее 0.000001 секунды, для создания которой не хватает энергии термоядерного синтеза звезд: значит звезды не могут массово поставлять в природу эту нестабильную частицу, неспособную даже долететь до ближайшей планеты (она способна пролететь лишь несколько метров до своего распада), массу которой она якобы создает, вместе с массой других планет, комет и астероидов. В природе существовала масса до создания из энергии на ускорителе частицы, названной "бозоном Хиггса", а когда созданная разумными существами на ускорителе частица очень быстро распалась (именно по двухфотонному распаду и обнаружили на ускорителе новую частицу), масса во Вселенной никуда не исчезла. Математика способна нарисовать любую, самую восхитительную математическую модель, но только природа и ее законы (такие нелюбимые математическими сказками) решают чему быть. Вот мы и наблюдаем непрекращающийся поток математических сказок, замалчивающий подлинные научные данные, и выдающий себя за высшее достижение науки. Но что-то я не помню, чтобы Альфред Нобель в своем завещании разрешил выдавать премии его именем за МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СКАЗКИ.

Сегодня в 21 веке, физика знает значительно больше о строении вещества и элементарных частиц, из которых состоят атомы и молекулы, а также убедилась в ошибочности квантовой «теории» и в отсутствии в природе вымышленных сильного, слабого и электрослабого взаимодействий. Физика 21 века подтвердила один из постулатов ОТО, что гравитационные и инертные силы имеют одну и ту же природу и эта природа электромагнетизм (см. Теория гравитации элементарных частиц, часть 2), но она также установила, что гравитационное поле, для ОТО, не могут создавать элементарные частицы вещества Вселенной (гравитационное поле есть продукт электромагнетизма, а не некоторое самостоятельное абстрактное понятие, и гравитационное поле элементарной частицы не может сжать электромагнитное поле его породившее в сказочную "черную дыру" ), а в уравнениях электромагнетизма Максвелла еще чего-то не хватает - уравнения Максвелла не описывают одиночную электромагнитную волну: ФОТОН, а также вводят заряды и токи, которых внутри элементарных частиц НЕТ, поскольку постоянные электрические и магнитные поля элементарных частиц ДИПОЛЬНЫЕ.

Не менее пострадала и Квантовая механика, лишившаяся виртуальных частиц и Квантовой "теории" с множеством ее математических сказок. У физики 21 века имеются вопросы и к волновой функции квантовой механики, точнее, к ее физическому смыслу. Если в случае вращения электрона в атоме, квадрат модуля волновой функции (Ψ) определял вероятность (dP) пребывания электрона в данной точке (элементарном объеме dv) пространства, т.е.

dP=|Ψ| 2 dv

то в случае пространства внутри самого электрона, или другой элементарной частицы с отличной от нуля массой покоя, это бессмысленно – элементарная частица в данной области пространства присутствует, и в соседних областях присутствует тоже и одновременно. В тех областях пространства, в которых напряженность электрического (E) или напряженность магнитного (H) полей (как постоянных, так и переменных) элементарной частицы отлична от нуля – во всех них присутствует элементарная частица. А поскольку постоянные электромагнитные поля элементарных частиц распространяются на бесконечность, то, следовательно: в каждом элементарном объеме пространства одновременно присутствуют электромагнитные поля огромного числа элементарных частиц, даже если их поблизости нет. Как видим, внутри элементарной частицы волновая функция утратила свой общепринятый физический смысл , чего нельзя сказать о классической электродинамике. Ведь именно Классическая электродинамика, совместно с формулой Эйнштейна, позволяют определить массу покоя элементарной частицы:
где определенный интеграл берется по всему пространству, занятому элементарной частицей.

Тогда что отражает волновая функция внутри электрона (или другой элементарной частицы)? - Внутри элементарной частицы (кроме фотона) вращается волновое переменное электромагнитное поле, уравнения которого физике еще предстоит найти, а также имеются постоянные дипольные электромагнитные поля. А причем тут волновая функция – возможно она могла бы как-то отражать волновые процессы, а насчет всего остального, это большой вопрос. Квадрат модуля волновой функции (несмотря на ее нормировку) не может указать, какая часть элементарной частицы сосредоточена в элементарном объеме, поскольку у элементарных частиц имеются и постоянные электромагнитные поля, выходящие за рамки волновых процессов. А вот сочинять математические сказки очень хорошо получается.

Зато у классической электродинамики аналогичная задача не вызвала затруднений. Введем, аналогично квантовой механике:

Соответственно:
Не правда ли интересно. Мы просто разделили плотность электромагнитной энергии элементарной частицы на всю ее электромагнитную энергию – осуществили нормировку, и получили: какая часть (ω) электромагнитной энергии элементарной частицы (а значит – какая часть элементарной частицы) сосредоточена в элементарном объеме пространства dV . И зачем тут квантовая механика c ее математическими абстракциями и волновой функцией, отражающей неизвестно что, когда классическая электродинамика прекрасно справилась самостоятельно, да и физика работает.

Сегодня утверждения Квантовой механики не могут рассматриваться физикой в качестве неоспоримой истины и нуждаются в экспериментальных доказательствах - тем самым Квантовая механика утратила в физике 21 века свое былое всемогущество .

5 Фундаментальные взаимодействия в природе - Итог

Физика, изучая природу, экспериментально установила существование в природе только двух типов фундаментальных взаимодействий, не четырех и не пяти, а всего лишь двух

• электромагнитных фундаментальных взаимодействий электромагнитных полей элементарных частиц вещества Вселенной,
• гравитационных фундаментальных взаимодействий - взаимодействий векторных гравитационных полей элементарных частиц вещества Вселенной .

Физика не установила существования в природе слабого поля, и не пока - а вообще. Что касается сказочных переносчиков сказочного слабого взаимодействия: W + , W - и Z 0 -бозонов (или по научному векторных мезонов), в природе у каждого векторного мезона, даже с нулевым электрическим зарядом, обязательно существует своя античастица, в том числе и у Z 0 -векторного мезона, а W - -векторный мезон - это античастица W + -векторному мезону. Просто из найденных в природе векторных мезонов взяли кучку из трех элементарных частиц и навесили на них ярлыки переносчиков сказочного слабого взаимодействия.

Физика также не установила существования в природе глюонного поля, как и самих его сказочных переносчиков - глюонов, поскольку для подходящих под такую "теорию" частиц не оказалось места в спектре элементарных частиц природы. Не на кого было навесить ярлык переносчика сказочного сильного взаимодействия сказочных кварков.

Введение в 2016 году сказочного пятого фундаментального взаимодействия ничего общего с ФИЗИКОЙ-НАУКОЙ НЕ имеет.

Математические теории - СКАЗКИ попытались переписать действительно существующие в природе фундаментальные взаимодействия под себя и добавить недостающие, для подгонки под экспериментальные данные, но доказательствами их существования в природе физика НЕ располагает. Математических теорий можно сочинить столько, сколько есть авторов, желающих это сделать - а Вселенная существует одна, и ей нет дела до нас и литературного творчества авторов от науки.

Таким образом, как и в начале XX века, известные в природе силы по-прежнему сводятся только к двум типам фундаментальных взаимодействий . Существование в природе прочих типов фундаментальных взаимодействий требуется доказать - а не постулировать.

Владимир Горунович

Одним из величайших достижений физики за последние два тысячелетия стало выделение и определение четырех видов взаимодействия, которые правят вселенной. Все они могут быть описаны на языке полей, которым мы обязаны Фарадею. К несчастью, однако, ни один из четырех видов не обладает в полной мере свойствами силовых полей, описанных в боль­шинстве фантастических произведений. Перечислим эти виды взаимодействия.

1. Гравитация. Безмолвная сила, не позволяющая нашим ногам оторваться от опоры. Она не дает рассы­паться Земле и звездам, помогает сохранить целост­ность Солнечной системы и Галактики. Без гравитации вращение планеты вышвырнуло бы нас с Земли в космос со скоростью 1000 миль в час. Проблема в том, что свойства гравитации в точности противо­положны свойствам фантастических силовых полей. Гравитация - сила притяжения, а не отталкивания; она чрезвычайно слаба - относительно, разумеется; она работает на громадных, астрономических расстоя­ниях. Другими словами, являет собой почти полную противоположность плоскому, тонкому, непроницае­мому барьеру, который можно встретить едва ли не в любом фантастическом романе или фильме. К приме­ру, перышко к полу притягивает целая планета - Зем­ля, но мы легко можем преодолеть притяжение Земли и поднять перышко одним пальцем. Воздействие одного нашего пальца способно преодолеть силу притяжения целой планеты, которая весит больше шести триллио­нов килограммов.

2. Электромагнетизм (ЭМ). Сила, освещающая наши города. Лазеры, радио, телевидение, современная электроника, компьютеры, Интернет, электричество, магнетизм - все это следствия проявления электро­магнитного взаимодействия. Возможно, это самая по­лезная сила, которую удалось обуздать человечеству на протяжении всей его истории. В отличие от гравитации она может работать и на притяжение, и на отталкива­ние. Однако и она не годится на роль силового поля по нескольким причинам. Во-первых, ее можно легко нейтрализовать. К примеру, пластик или любой другой непроводящий материал без труда проникнет в мощ­ное электрическое или магнитное поле. Кусок пласти­ка, брошенный в магнитное поле, свободно пролетит его насквозь. Во-вторых, электромагнетизм действует на больших расстояниях, его непросто сосредоточить в плоскости. Законы ЭМ-взаимодействия описываются уравнениями Джеймса Клерка Максвелла, и похоже, силовые поля не являются решением этих уравнений.

3 и 4. Сильные и слабые ядерные взаимодействия. Слабое взаимодействие - это сила радиоактивно­го распада, та, что разогревает радиоактивное ядро Земли. Эта сила стоит за извержениями вулканов, зем­летрясениями и дрейфом континентальных плит. Силь­ное взаимодействие не дает рассыпаться ядрам атомов; оно обеспечивает энергией солнце и звезды и отвечает за освещение Вселенной. Проблема в том, что ядерное взаимодействие работает только на очень маленьких расстояниях, в основном в пределах атомного ядра. Оно так прочно связано со свойствами самого ядра, что управлять им чрезвычайно трудно. В настоящее время нам известно только два способа влиять на это взаимо­действие: мы можем разбить субатомную частицу на части в ускорителе или взорвать атомную бомбу.

Хотя защитные поля в научной фантастике и не подчиня­ются известным законам физики, все же существуют лазейки, которые в будущем, вероятно, сделают создание силового поля возможным. Во-первых, существует, возможно, пятый вид фун­даментального взаимодействия, который никому до сих пор не удалось увидеть в лаборатории. Может оказаться, к примеру, что это взаимодействие работает только на расстояниях от не­скольких дюймов до фута - а не на астрономических расстоя­ниях. (Правда, первые попытки обнаружить пятый вид взаимо­действия дали отрицательные результаты.)

Во-вторых, нам, возможно, удастся заставить плазму ими­тировать некоторые свойства силового поля. Плазма - это «четвертое состояние вещества». Три первые, привычные нам состояния вещества, - твердое, жидкое и газообразное; тем не менее самой распространенной формой вещества во вселенной является плазма: газ, состоящий из ионизированных атомов. Атомы в плазме не связаны между собой и лишены электро­нов, а потому обладают электрическим зарядом. Ими можно без труда управлять при помощи электрического и магнитного полей.

Видимое вещество вселенной существует по большей ча­сти в форме различного рода плазмы; из нее образованы солн­це, звезды и межзвездный газ. В обычной жизни мы почти не сталкиваемся с плазмой, потому что на Земле это явление редкое; тем не менее плазму можно увидеть. Для этого доста­точно взглянуть на молнию, солнце или экран плазменного телевизора.

Физика

• Перевод

Автор статьи – Дон Линкольн, старший учёный в лаборатории при БАК Fermilab, работающей под эгидой энергетического департамента США. Недавно написал книгу "Большой адронный коллайдер: необычная история бозона Хиггса и другие вещи, которые вас поразят ".

У науки с интернетом сложные взаимоотношения: наука движется вперёд путём осторожной и тщательной оценки данных и теории, и этот процесс может идти годами. А в интернете способность аудитории к концентрации напоминает диснеевскую рыбку Дори из мультика «В поисках Немо» (А теперь и «В поисках Дори») – тут мем, здесь фотка звезды… Ой, смотрите – смешной котик…

Поэтому люди, интересующиеся серьёзной наукой, должны осторожно относиться к информации, выложенной в интернете, заявляющей о научном исследовании, кардинально меняющем парадигму науки. Недавний пример – статья, в которой утверждается о возможном открытии пятого фундаментального взаимодействия. Если бы это было так, нам бы пришлось переписывать учебники.

Как физик, я хочу пролить дисциплинированный научный свет на это заявление.

Пятое взаимодействие

Так что же заявляется?

В статье , отправленной 7 апреля 2015 года на сайт arXiv, группа венгерских исследователей описала изучение поведения интенсивного пучка протонов на тонких литиевых мишенях. Обнаруженные столкновения создавали возбуждённые ядра бериллия-8, распадавшегося на обычный беррилий-8 и пары электрон-позитрон.

Они заявили, что полученные ими данные нельзя объяснить известными физическими явлениями в Стандартной модели, заправляющей современной физикой частиц. Но объяснение этих данных было возможно при существовании неизвестной доселе частицы массой в 17 миллионов эВ, что в 32,7 раз тяжелее электрона, или составляет 2% от массы протона. Частицы, появляющиеся при таких энергиях, довольно низких по современным меркам, хорошо изучены. И было бы весьма неожиданно, если бы там была обнаружена новая.

Однако измерения перенесли экспертную оценку и были опубликованы 26 января 2016 года в журнале Physical Review Letters , одном из самых престижных журналов по физике мира. В этой публикации исследователи и их исследование преодолели впечатляющее препятствие.

Это измерение мало кто замечал до тех пор, пока на него не обратила внимание группа физиков-теоретиков из Калифорнийского университета в Ирвине (UCI). И как обычно поступают теоретики со спорными физическими измерениями, команда сравнила их с имеющимися работами, собранными за последнюю сотню лет, чтобы увидеть, соответствуют ли новые данные с уже собранной информацией. В этом случае они вели сравнение с десятком опубликованных исследований.

Они обнаружили, что хотя измерения и не конфликтуют с предыдущими исследованиями, в них наблюдается нечто, чего раньше не встречалось – и нечто, чего нельзя объяснить Стандартной моделью.

Новая теоретическая платформа

Чтобы разобраться в венгерских измерениях, эта группа теоретиков из UCI придумала новую теорию.

Теория эта весьма экзотична. Они начали с разумного предположения, что новая возможная частица не объясняется существующей теорией. Это имеет смысл, поскольку у возможной новой частицы малая масса, и если бы она описывалась известными законами физики, её бы нашли раньше. Если эта частица подчиняется новым законам физики, возможно, присутствует и новое взаимодействие. Поскольку традиционно физики говорят о четырёх известных фундаментальных взаимодействиях (гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое), это новое гипотетическое взаимодействие назвали «пятым».

История теорий и открытий пятого взаимодействия довольно разнообразна, она насчитывает несколько десятилетий, и в её рамках новые измерения и идеи возникали, чтобы потом исчезнуть. С другой стороны, существуют загадки, не объясняемые обычной физикой – например, тёмная материя. Хотя тёмную материю всегда моделировали как единственную форму стабильной массивной частицы, испытывающей гравитацию и ни одну из других известных сил, нет причин, по которым тёмная материя не участвовала бы в таких взаимодействиях, в которых не принимает участие обычная. Ведь обычная материя участвует во взаимодействиях, в которых не участвует тёмная – так что тут нет ничего глупого.

Есть много идей о взаимодействиях, влияющих только на тёмную материю, и все они в общем называются "сложная тёмная материя ". Одна из известных идей говорит о существовании тёмного фотона, взаимодействующего с тёмным зарядом, переносимым только тёмной материей. Эта частица – тёмный аналог фотона обычной материи, взаимодействующего с известным нам электрическим зарядом, но с одним исключением: некоторые теории сложной тёмной материи наделяют тёмные фотоны массой, в отличие от обычных фотонов.

Если тёмные фотоны существуют, они могут связываться с обычной материей (и обычными фотонами) и распадаться на электрон-позитронные пары, которые и исследовала группа венгерских учёных. Поскольку тёмные фотоны не взаимодействуют с обычным электрическим зарядом, эта связь может возникнуть лишь благодаря причудам квантовой механики. Но если учёные начали наблюдать увеличение электрон-позитронных пар, это может означать, что они наблюдают тёмные фотоны.

Ирвинская группа нашла модель, включающую «протофобную» частицу, не исключаемую ранними измерениями, способную объяснить венгерский результат. «Протофобные», то есть «избегающие протонов» частицы, редко или почти никогда не взаимодействуют с протонами, но могут взаимодействовать с нейтронами (нейтрофильные).

Частица, предложенная ирвинской группой, участвует в пятом, неизвестном взаимодействии, проявляющемся на расстоянии в 12 фемтометров, или в 12 раз большем, чем размер протона. Частица протофобная и нейтрофильная. Масса частицы составляет 17 миллионов эВ и может распадаться на электрон-позитронные пары. В дополнение к объяснению венгерского эксперимента, такая частица могла бы объяснить и некоторые несоответствия, обнаруженные в других экспериментах. Последнее добавляет немного веса этой идее.

Взаимодействие, меняющее парадигму?

Вот так оно есть.

Что может оказаться правдой? Данные – это главное. Потребуются другие эксперименты, чтобы подтвердить или опровергнуть изменения. Всё остальное неважно. Но на это потребуется около года, и было бы неплохо придумать какую-нибудь идею за это время. Лучший способ оценки вероятности того, что открытие окажется настоящим, это изучение репутации исследователей, участвовавших в эксперименте. Это, конечно, вульгарный способ заниматься наукой, но он может приглушить ваши ожидания.

Начнём с ирвинской группы. Многие из них (особенно руководители) имеют хорошую репутацию и являются устоявшимися экспертами в области, и у них в резюме есть хорошие работы. Возраст группы разный, есть и пожилые, и молодые участники. Некоторых из них я знаю лично, двое из них читали теоретические части в главах книги, которую я написал, чтобы удостовериться в том, что я не наговорил там глупостей (Кстати, ошибок они не нашли, но помогли прояснить некоторые моменты). Это объясняет моё уважение к членам ирвинской группы, хотя, возможно, и делает меня предвзятым. Я практически уверен в том, что их работа по сравнению новой модели с существующими данными была тщательной и профессиональной. Они обнаружили небольшой и неисследованный регион возможных теорий.

С другой стороны, сама теория довольно умозрительная и маловероятная. Это не приговор – так можно сказать про все теории. Ведь Стандартная модель, управляющая физикой частиц, известна уже 50 лет и хорошо изучена. Кроме того, все новые теории умозрительные и маловероятные, и большинство из них неверны. Это тоже не приговор. Есть много способов добавить исправления к существующим теориям, чтобы объяснить новые явления. И все не могут быть верны. А иногда ни одна из предлагаемых теорий не оказывается верной.

Однако, можно заключить, исходя из репутации членов группы, что они придумали новую идею и сравнили её со всеми имеющими к ней отношение данными. То, что они опубликовали свою модель, означает, что она прошла их тесты, и осталась правдоподобной, пусть и маловероятной, возможностью.

Что насчёт венгерской группы? Никого из них я не знаю лично, но статью напечатали в Physical Review Letters – это уже идёт им в плюс. Однако эта группа публиковала две предыдущих работы, в которых наблюдались схожие аномалии, включая возможную частицу массой в 12 миллионов эВ, и частицу массой в 14 миллионов эВ . Обе работы были опровергнуты другими экспериментами.

Далее, венгерская группа так и не объяснила, что послужило причинами ошибок в опровергнутых работах. Ещё один звоночек – то, что группа редко публикует данные, не содержащие аномалий. Это маловероятно. В моей исследовательской карьере большинство публикаций подтверждали существующие теории. Повторяющиеся аномалии очень редки.

Так что в итоге? Надо ли радоваться новому возможному открытию? Ну, конечно, возможные открытия – это всегда интересно. Стандартная модель выдерживала проверки 50 лет, но есть и необъяснённые загадки, и научное сообщество всегда ищет открытия, указывающие на новые и недоказанные теории. Но каковы шансы, что это измерение и теория приведут к тому, что научное сообщество примет существование пятого взаимодействия с радиусом действия в 12 фм и частицу, остерегающуюся протонов? Мне кажется, шансов мало. Я не отношусь к идее оптимистически.

Конечно, мнение – это всего лишь мнение, пусть и информирование. Другие эксперименты также будут искать тёмные фотоны, поскольку даже если венгерские измерения не пройдут проверки, проблема тёмной материи будет существовать. Многие эксперименты в поисках тёмных фотонов будут изучать то же пространство параметров (энергию, массу и режимы распада), в которых, по заявлению венгерских исследователей, и найдена аномалия. Скоро, в течение года, мы узнаем, была ли эта аномалия открытием или же ещё одним глюком, временно взбудораживших сообщество, чтобы затем быть отброшенным после получения более аккуратных данных. Но неважно, чем это закончится – всё равно результатом этого будет улучшенная наука.

Теги:

• пятое взаимодействие
• fifth force
• квантовая физика
• стандартная модель

Добавить метки