Компьютерра, 2008 № 39 (755) (Журнал «Компьютерра») - страница 14
Симметрию физики понимают как неизменность системы по отношению к определенному преобразованию. И каждой симметрии соответствует фундаментальный закон сохранения. Например, произвол в выборе начала отсчета времени приводит к закону сохранения энергии. Определенным симметриям соответствуют законы сохранения зарядов и других квантовых чисел вроде цвета и аромата кварков.
Однако в определенных ситуациях симметрия системы может спонтанно нарушаться. Например, для вертикально стоящего на столе карандаша все направления равнозначны, то есть симметричны по отношению к любым поворотам вокруг его оси. Но это положение карандаша неустойчиво, и, упав на стол, он спонтанно нарушит вращательную симметрию, выбрав одно из направлений.
Идеи спонтанного нарушения симметрии широко использовались в теории сверхпроводимости. И заслуга профессора Намбу в том, что он увидел определенные аналогии между квантовой теорией поля и теорией сверхпроводимости, предложив использовать механизмы спонтанного нарушения симметрии для объяснения свойств адронов, к которым, в частности, относится протон и нейрон. Эти идеи, высказанные в начале 1960-х годов, оказались весьма плодотворны, заставив теоретиков иначе посмотреть на огромное количество открытых к тому времени элементарных частиц. В конечном счете это помогло ученым понять, что сотни известных адронов состоят из нескольких кварков. Йоитиро Намбу продолжил активную работу в этой области, предложил одну из первых квантовых моделей и первым додумался до идеи "цвета" кварков.
Фундаментальная работа профессоров Кобаяси и Маскавы 1973 года посвящена нарушению так называемой CP-симметрии, которая была открыта в 1964 году. CP-симметрия означает, что все свойства античастиц должны совпадать со свойствами обычных частиц в зеркально отраженном пространстве. Это часть фундаментальной CPT-симметрии, для которой надо добавить еще и смену направления времени. CPT-симметрия выполняется с огромной точностью и непосредственно следует из свойств пространства-времени.
Но CP-симметрия слегка нарушается в распадах К-мезонов из-за слабого взаимодействия адронов. И чтобы объяснить это нарушение, теоретикам пришлось предположить существование по меньшей мере трех поколений кварков. Эта гипотеза вскоре начала блестяще подтверждаться, а последний самый тяжелый из предсказанных кварков был обнаружен в 1995 году.
По всей видимости, благодаря спонтанному нарушению симметрии между частицами и античастицами во время Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, мы и доступный для наших наблюдений космос состоит из вещества. Полной аннигиляции с симметричным ему антивеществом почему-то не произошло. И дальнейшее исследование всевозможных симметрий и их нарушений по сей день остается основной заботой физиков-теоретиков, пытающихся разгадать эту и ряд других фундаментальных загадок природы.