В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность (Гриббин) - страница 160

Рис. Э.5. Нарушение симметрии происходит при охлаждении бруска магнитного материала.

В конце 1960-х годов работавший в Имперском колледже в Лондоне Абдус Салам и работавший в Гарварде Стивен Вайнберг независимо друг от друга разработали модель слабого взаимодействия, основанную на математической симметрии, которую в начале 1960-х изобрел Глэшоу, а через несколько лет – и сам Салам. В новой теории нарушение симметрии требует нового поля, поля Хиггса, и соответствующих частиц, которые также названы в честь Хиггса. Электромагнитное и слабое взаимодействие объединяются в одно симметричное калибровочное поле – электрослабое взаимодействие с бозонами-переносчиками, не обладающими массой. Впоследствии эта теория оказалась перенормируемой, что в 1971 году было подтверждено работой голландского физика Герарда т’Хоофта, и с этого момента теорию стали воспринимать всерьез. В 1973 году появилось свидетельство существования Ζ-частицы, и теория электрослабого взаимодействия оказалась окончательно доказана. Объединенное взаимодействие «работает» только в условиях очень высокой энергетической плотности, как во время Большого взрыва, а в условиях более низких энергий оно самопроизвольно нарушается таким образом, что крупные частицы W и Ζ, задействованные в электромагнитном и слабом взаимодействии, идут своими путями.

Важность новой теории подтверждается тем фактом, что в 1979 году Глэшоу, Салам и Вайнберг получили за нее Нобелевскую премию по физике, хотя тогда еще не было прямого экспериментального доказательства верности их идеи. Однако в начале 1983 года команда ЦЕРНа из Женевы объявила результаты экспериментов с частицами на очень высоких энергиях (достигнутых прямым столкновением пучка высокоэнергетических протонов с пучком высокоэнергетических антипротонов), которые лучше всего описать как W– и Ζ-частицы с массами около 80 ГэВ и 90 ГэВ соответственно. Эти результаты прекрасно соотносились с предсказаниями теории, и таким образом теория Глэшоу – Салама – Вайнберга является «хорошей» теорией, так как ее предсказания можно проверить, в отличие от более ранней теории Глэшоу, которая таковой не являлась. Тем временем теоретики не сидели без дела. Если два взаимодействия можно объединить в одну теорию, то почему нельзя создать великую единую теорию, которая вместила бы в себя все фундаментальные взаимодействия? Мечта Эйнштейна, как никогда, близка к претворению в жизнь в форме не просто симметрии, а суперсимметрии и супергравитации.

Проблема калибровочных теорий, помимо сложности их перенормировки, заключается в том, что они не уникальны. Точно так же, как отдельная калибровочная теория включает в себя бесконечности, от которых необходимо избавиться посредством перенормировки, чтобы теория соответствовала реальности, существует бесконечное число возможных калибровочных теорий, и те, которые выбраны для описания физических процессов, необходимо подогнать таким же образом, на одинаково ситуативной основе, чтобы они соответствовали результатам наблюдений за реальным миром. Хуже того, в калибровочных теориях ничто не указывает на то, сколько должно быть различных типов частиц – сколько барионов, или лептонов (частиц из того же семейства, что и электроны), или калибровочных бозонов, или чего бы то ни было еще. В идеале физики хотели бы разработать уникальную теорию, которая требовала бы только определенное число определенного типа частиц, чтобы объяснить физический мир. Шаг в сторону такой теории был совершен в 1974 году, когда изобрели суперсимметрию.