Тысячи-1 / !_Мои 1000_! / Революция в физике частиц / Revolution in Physics (перев

The current Standard Model of particle physics begins to unravel when probed much beyond the range of current particle accelerators. So no matter what the Large Hadron Collider finds, it is going to take physics into new territory.

Когда физики вынуждены дать ответ изолированного слова на вопрос того, почему мы строим Большой Коллайдер Адрона (LHC), мы обычно отвечаем "Higgs". Частица Higgs – последняя остающаяся неоткрытая часть нашей текущей теории вопроса – является привлекательностью шатра. Но полная история намного более интересна. Новый коллайдер обеспечивает самый большой прыжок в способности любого инструмента в истории физики элементарных частиц. Мы не знаем то, что это найдет, но открытия, которые мы делаем и новые загадки, с которыми мы сталкиваемся, должны изменить лицо физики элементарных частиц и отозваться эхом через соседние науки.

В этом новом мире мы ожидаем изучать то, что отличает две из сил природы – электромагнетизма и слабых взаимодействий – с широкими значениями для нашей концепции каждодневного мира. Мы получим новое понимание простых и глубоких вопросов: Почему там атомы? Почему химия? Что делает устойчивые структуры возможными?

Поиск частицы Higgs является основным шагом, но только первым шагом. Вне этого лежат явления, которые могут разъяснить, почему сила тяжести настолько более слаба чем другие силы природы, и это могло показать, какова неизвестная темная материя, которая заполняет вселенную. Еще глубже находится перспектива способности проникновения в суть различных форм вопроса, единства внешне отличных категорий частицы и природы космического времени. Вопросы в игре, все кажутся связанными с друг другом и с узлом проблем, которые мотивировали предсказание частицы Higgs для начала. LHC поможет нам усовершенствовать эти вопросы и установит нас на пути к ответу на них.

The Matter at Hand

Что физики называют “Стандартной Моделью” физики элементарных частиц, чтобы указать, что это - все еще происходящая работа, может объяснить много об известном мире. Главные элементы Стандартной Модели вставали на свое место в течение бурных дней 1970-ых и 1980-ых, когда волны ориентира экспериментальные открытия, занятые, появляясь теоретические идеи в производительной беседе. Много физиков частицы считают прошлые 15 лет как эру консолидации в отличие от фермента более ранних десятилетий. Все же, как раз когда Стандартная Модель получила когда-либо более экспериментальную поддержку, растущий список явлений находится вне его области, и новые теоретические идеи расширили нашу концепцию того, на что могло бы быть похожим более богатое и более всестороннее мировоззрение. Взятый вместе, продолжающееся продвижение эксперимента и теории указывает на очень живое десятилетие вперед. Возможно, мы будем оглядываться назад и видеть, что революция назревала все время.

Наша текущая концепция вопроса включает две главных категории частицы, кварк и лептоны, вместе с тремя из четырех известных фундаментальных сил, электромагнетизм и сильные и слабые взаимодействия [видят коробку на странице 48]. Силу тяжести, в настоящий момент, оставляют стороне. Кварк, который составляет протоны и нейтроны, производит и чувствует все три силы. Лептоны, самым известным из которых является электрон, неуязвимы к сильному взаимодействию. Что различает, эти две категории собственность, родственная электрическому заряду, названному цветом. (Это имя является метафорическим; это не имеет никакого отношения к обычным цветам.) У кварка есть цвет, и лептоны не делают.

Руководящий принцип Стандартной Модели - то, что ее уравнения симметричны. Так же, как сфера выглядит одинаково, каков Ваш угол обзора, уравнения остаются неизменными, даже когда Вы изменяете перспективу, с которой они определены. Кроме того они остаются неизменными, даже когда перспектива переходит различным количеством в различных пунктах в пространстве и времени.

Обеспечение симметрии геометрического объекта помещает очень трудные ограничения на свою форму. Сфера с ударом больше не выглядит одинаково с разных сторон. Аналогично, симметрия уравнений помещает очень трудные ограничения на них. Эти symmetries порождают силы, которые несут специальные частицы, названные бозонами [см. “Теории меры Сил между Элементарными Частицами,” Джерардом ’t Hooft; американец Scientifi c, июнь 1980, и “Элементарные Частицы и Силы,” Крисом Куиггом; американец Scientifi c, апрель 1985].

Таким образом Стандартная Модель инвертирует архитектурное изречение Луи Салливана: вместо “формы следует за функцией,” функция следует за формой. Таким образом, форма теории, выраженной в симметрии уравнений, которые определяют это, диктует функцию – взаимодействия среди частиц – который описывает теория. Например, сильная ядерная сила следует из требования, чтобы уравнения, описывающие кварк, были тем же самым независимо от того, как каждый хочет определять цвета кварка (и даже если это соглашение установлено независимо в каждом пункте в пространстве и времени). Сильное взаимодействие несут восемь частиц, известных как глюоны. Другие две силы, электромагнетизм и слабая ядерная сила, подпадают под рубрику сил “electroweak” и основаны на различной симметрии. Силы electroweak несет квартет частиц: фотон, Z бозон, W + бозон и бозон W–.

Breaking the Mirror

Теория сил electroweak была сформулирована Шелдоном Глэшоу, Стивеном Вайнбергом и Абдусом Сэлэмом, который выиграл Нобелевскую премию 1979 года в Физике для их усилий. Слабая сила, которая вовлечена в радиоактивный бета распад, не действует на весь кварк и лептоны. Каждая из этих частиц прибывает в варианты зеркального отображения, которые называют предназначенными для левой руки и предназначенными для правой руки, и действия силы бета распада только на предназначенных для левой руки – поразительный факт все еще спустя необъясненные 50 лет после его открытия. Семейная симметрия среди предназначенных для левой руки частиц помогает определить electroweak теорию.

В начальных стадиях ее строительства у теории было два существенных недостатка. Во-первых, это предвидело четыре частицы силы дальнего действия – называемый бозонами меры – тогда как природа имеет, но один: фотон. У других трех есть малая дальность, меньше чем приблизительно 10-17 метров, меньше чем 1 процент радиуса протона. Согласно принципу неуверенности Хайзенберга, этот ограниченный диапазон подразумевает, что у частиц силы должна быть масса приближающиеся 100 миллиардов электрон-вольт (ГэВ). Второй недостаток - то, что семейная симметрия не разрешает массы для кварка и лептонов, все же у этих частиц действительно есть масса.