Particles_and_Cosmology_2
.pdf
I.2. Виды фундаментальных взаимодействий
Попробуемкратко просуммировать то,что мы узналив предыдущем разделе. Во-первых, существуют три вида взаимодействийэлементарных частиц:электромагнитное, сильное и слабое. Сильноевзаимодействие,естественно,самоесильное; слабоевзаимодействие -самое универсальное. Во-вторых, в настоящее время элементарными частицами считаютсяшесть кварков,электрон,мюон,тау-лептон и три нейтрино.Элементарны также переносчики
взаимодействий – глюон,фотон, W-и Z- бозоны.Переносчики взаимодействий – бозоны – подчиняютсястатистике БозеЭйнштейна, которая разрешаетчастицам заниматьодинаковыеквантовые состояния (уровни энергии). Частицывещества – фермионы – подчиняются статистике Ферми-Дирака, которая запрещает
частицам занимать одни и те же квантовыесостояния (см.Рис.).
Все фермионы делятсяна три поколения.Частицыразных поколений имеют одинаковые заряды, норазличаются массой:
Первое поколение: (u,d)кварки и лептоны (e, νe);
Второе поколение: (c,s) и (µ,νµ);
Третье поколение:(t, b)и (τ,ντ).
Убольшинства элементарных частиц естьантичастицы. Некоторые из них имеютсвои названия
(антиэлектрон называется позитроном), другие просто называются антикварками, антинейтрино и т.д. Частицы и античастицыимеют заряды противоположного знака. Так W-является античастицей для W+. Отметим, что кроме электрическихзарядов у частиц бываюти другие заряды. У кварков есть барионный заряд,а у лептонов – лептонный заряд.Хотя у нейтрино нет электрического заряда, но есть лептонныйзаряд.Уантинейтрино лептонный зарядотрицательный.Частицы, у которых нетникаких зарядов,не имеютантичастиц(γ,Z). Обозначаютсяантичастицы той же буквой, что и соответствующие частицы, но сверху ставится черта ( , и т.д.).Иногда вместо этого явно указываютзнакзаряда(e+,p-, W- и т.д.).
Теперь обсудимкаждыйвид взаимодействия немного подробнее.
Электромагнитныевзаимодействия происходят между заряженными частицами. Электрическийзаряд есть и у кварков и у электрона,мюона и таулептонов. Электромагнитноевзаимодействие
переносится фотонами и описывается квантовой электродинамикой (КЭД).Электромагнитное взаимодействие – дальнодействующее. Это значит, что оно медленно убываетс расстоянием (F~1/r2). В квантовой теорииэто соответствует тому, что у фотона нет массы. У фотона нети электрического заряда.Поэтому фотоны невзаимодействуютдруг с другом.В классической теории этому соответствуетпринципсуперпозиции,согласно которомуэлектромагнитные поля просто накладываются другна друга,не усиливаясь и неослабляясь.Силовые линии электромагнитного полявыглядяттак,как показано на рисунке.
Вэлектродинамикезаряды бываютположительными и отрицательными.Электрически нейтральныесистемы состоятиз равного числа положительных иотрицательных зарядов.Такие системы почти не создаютвокругсебя электромагнитных полей.1
Всильномвзаимодействии участвуюттолько тяжелые частицы,получившие название адронов. К адронам относятся протон,нейтрон, пи мезоны и множество более тяжелых частиц.Адроны не элементарны исостоят из шести типов кварков (u,d,c,s, t, b). Взаимодействуюткварки путем обмена глюонами g(отслова glue–клей). Таким образом «сектор» сильных взаимодействий включаетв себя6 кварков и глюон.Теория сильных взаимодействий называетсяквантовой хромодинамикой (КХД).Она построена по аналогии с КЭД. Глюон,как и фотон – безмассовый.Он взаимодействует с «цветными» зарядамикварков (отсюда название хромодинамика).
Попробуемразобраться, откудавзялосьназвание хромодинамика.Хрома по-греческиозначает цвет.Конечно,хромодинамика к обычным цветамне имеетпрямого отношения.Как часто бывает в теорииэлементарных частиц,названиевозникло из аналогии.В хромодинамике зарядыбывают трех типов. Для того чтобы получить нейтральную систему, которая почти не создаетвокруг себя цветного поля,надо сложить зарядывсех трех типов в одинаковом количестве.Это похоже на то, как складываяв оптике красный, зеленый и синий цвет, получаембелый.Поэтому зарядыв КХД и стали называть цветными.Такимобразом,кварки бываюттрех цветов: красного,зеленого и синего.У антикварков цвета противоположные –анти-красный, анти-зеленый ианти-синий. Получить нейтральный объектможно двумяспособами:либовзяв кварк и антикварк, либовзяв три кварка (или антикварка) разных цветов. Это существенноеотличие КХДотКЭД,где существует только первыйспособ.
Другоеважное отличие КХД от КЭДв том, что у глюона тоже есть свой цветной заряд. Поэтому для глюонного поля невыполняется принцип суперпозиции – там,где поле сильнее,оно сильнее взаимодействует самос собой и еще больше усиливается.Силовыелинии полясобираются в плотные трубки (см.Рис.). Это увеличиваетвзаимодействие кварков друг с другом. В результате они не могутудалиться друг отдруга ивсегда образуют нейтральныеобъекты. Это и есть
1Точнее поле вокругтакой системыубывает
сильновзаимодействующие частицы –адроны.Какмы видели,такие частицы должнысостоять либо из кварка иантикварка,либо из трехкварков.Первыеназываются мезонами, а вторые – барионами.Все мезоны нестабильны и быстро распадаются на лептоны и фотоны. Большинство барионов тоже нестабильны,но среди их продуктов распада всегда есть хотя быодин барион меньшей массы. Поэтому самый легкий барион – протон – являетсястабильным. Нейтронлишь чуть-чуть тяжелее протона и живеточень долго,около900 секунд.Все остальные барионы распадаютсяочень быстро.
Чтобы объяснить стабильность протона был введенбарионныйзаряд.Он,как и электрический заряд, сохраняется. Барионным зарядомобладаюттолько сильновзаимодействующие частицы – кварки. Заряд кварка принятза 1/3. Тогда у любого бариона–барионныйзарядравен 1. У
антикварков зарядравен -1/3 и заряданти-барионов равен -1. Поэтомубарионы не могут распасться на лептоны.Поскольку мезоны состоятиз кварка иантикварка,их барионный заряд равен нулю.По этой причине даже самый легкий мезон нестабилен.Хотя в свободномвиде кварки невстречаются,внутриадронов они хорошо наблюдаются.Дляэтого проводят эксперименты подобные тому,в котором Резерфорд открылатомное ядро. Так,прирассеянии очень быстрых электронов на протонах,углыотклонения оказываются много больше тех,что ожидаются,если заряд равномерно распределен внутри протона. Для согласия с экспериментом надо предположить, что внутри протона есть три точечных электрических заряда +2/3, +2/3 и - 1/3.2 В кварковой модели протон состоитиз двух u кварков и одного d кварка,поэтому мы заключаем,что электрическийзарядu кварка равен 2/3, а зарядd равен -1/3.Нейтрон состоит изодногоu и двухd и имеетзаряд2/3-1/3-1/3=0.
Выше мысказали,чтоадроны не имеютцветового заряда. Почему же мы называем их сильновзаимодействующими частицами? В некоторомсмыслеадроны похожи на атомы,которые состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов,но сами электрически нейтральны. Тем не менее, атомы взаимодействуютдруг с другомэлектромагнитно. Это взаимодействие называется ван дер Ваальсовым.Оно существеннослабее,чем взаимодействие заряженных частиц игораздо быстрее убываетс расстоянием. Аналогично этому «сильное» взаимодействиеадронов междусобой гораздо слабее цветноговзаимодействия кварков и является короткодействующим.
Почему кварки не наблюдаютсяв свободном состоянии? Как говорилось выше,внутриадронов междукварками существуюттрубки глюонного поля.При удалениикварков друг отдруга эти трубкирастягиваются, подобно пружинам и в них запасается большая энергия (энергия пружины
пропорциональна квадрату растяжения, а энергия глюонной трубки
1.
пропорциональна ее длине). Когда запасенной энергии становится достаточно для того,чтобы родитькварк-антикварковую пару,трубка рвется, и образуются две новыхбесцветных частицы (см. Рис.). Это явление получило название невылетания кварков или конфайнмента.
Перейдем теперь к слабому взаимодействию. Онопереносится бозонамиW+,W-и Z. Эти бозоны взаимодействуют совсеми частицами вещества (кварками и лептонами).Все трибозона –очень тяжелые – примерно в 100раз тяжелее протона.Поэтому слабое взаимодействие – короткодействующее.Именно из-за этого оно ивыглядит «слабым», хотя на малых расстояниях оно сравнимо с электромагнитнымвзаимодействием.На самом деле оба взаимодействия являютсяразличными проявлениями единого электрослабого взаимодействия. Это объединение электромагнитных и слабых взаимодействий похоже на то, как на столетраньше Максвелл объединил электрические и магнитные взаимодействия в единое электромагнитное взаимодействие. Электрослабоевзаимодействие переносится четырьмя бозонами. Из них два электрически нейтральны (γ и Z) и два заряжены (W+иW-);один (γ)– безмассовый и три – массивных.
Слабыевзаимодействия трудно наблюдать на фоне сильных и электромагнитных. Они проявляются там, где более сильныевзаимодействия не действуют.Нейтрино,которые не имеют ни цветного,ни электрического заряда,взаимодействуют лишьслабо. Поэтомувсе процессыс участием нейтрино – чистослабые.Кроме того, нифотоны, ни глюоны (ни Zбозоны) не могут превратить один тип частицв другой,а Wбозоны – могут. Это связано с тем, что у Wбозонов есть электрический заряд.Поскольку электрический заряд в природе сохраняется, то когда частица испускает Wбозон, ее заряд должен измениться.Например,еслиэлектрон испускаетW+бозон, то он превращаетсяв нейтрино:e→W-+ν. Есть и обратное превращение:ν→W++e.Похожие реакции есть и длякварков:u→W++d; d→W-+u. Таким образом,слабыевзаимодействия описывают превращения элементарныхчастиц другв друга.
Вероятно, читатель заметил, что в этойкартине отсутствуетгравитация.Действительно, хотя гравитация и была открыта раньше других взаимодействий,она практически не проявляетсяв микромире.Квантовой теории гравитации до сих пор не существует. В классической общей теории относительности гравитация описывается тензорным полем. Этоозначает, что в квантовой теории переносчиком гравитационного взаимодействия должен быть бозон со спиномравным двойке. Все другиебозоны переносчики фундаментальныхвзаимодействий имеют спин равный единице. Пока что не удалось построить непротиворечивую квантовую теорию тензорного поля.
I.3. Стандартная модель
Все, что было сказановыше о сильных и об объединенных электрослабыхвзаимодействияхвходит
в состав СМ.Она включаетв себя три поколенияфермионов и4 бозона – переносчика взаимодействий.3 В каждом поколении два кварка идва лептона (см.Рис.).Электрические заряды кварков отличаются на единицу (+2/3 и -1/3).Заряды двух лептонов тожеотличаются на единицу, но у нейтрино он 0, а у e,µ иτ он -1.
Кроме зарядов частицы обладаютмассой и спином.Спином называетсявнутренний вращательный момент или моментколическва движения.Квантовая теория говорит,что спин долженвыражаться целыми или полуцелыми числамив единицах постоянной Планка .Частицы с полуцелым спином являются фермионами,а с целым – бозонами.Все фермионыв СМимеют спин ½. Все черыре бозона переносчика взаимодействий имеютспин 1.
В физике элементарныхчастиц массу принято измерятьв энергитических единицах, электронвольтах (эВ),используя формулуE=mc2.В отличие отспинов массы частиц очень сильно различаются. Массы фермионов быстро растутотпоколенияк поколению.Масса электрона примерно равна 500 МэВ/c2 (МэВ = 106 эВ) или0.5 ГэВ/c2 (ГэВ = 109 эВ). Из вышеприведенного рисунка видно, что самым тяжелым является tкварк, чья масса близка к 170 ГэВ/c2.Самыми легкими фермионами являются нейтрино. Их массыточно не известны,на рисунке даны лишь верхние пределы этих масс.С другой стороны мы точно знаем, что эти массы отличныотнуля. Массы W и Z бозонов лежатв районе 100 ГэВ/c2,а фотон и глюон – безмассовые.
Из частиц первого поколения состоитобычная материя,которая окружаетнас.Из этих же частиц состоятзвезды и другиекосмические объекты.Кроме того, все космическое пространство заполнено нейтрино. Часть из них возниклив момент Большого взрыва, другие непрерывно
рождаются в ядерных реакциях внутри звезд. Нейтрино настолько слабо взаимодействуютс веществом,что свободно проникают даже через такиебольшие и плотные объекты, как Земля и Солнце.На самом деле, электроны,протоны и
нейтроны – большая редкость! На каждый из нихво Вселенной приходится порядка одного миллиарда нейтрино.
Частицывторого и третьего поколения нестабильны и живуточеньнедолго. Рождатьсяэти частицымогутпристолкновении частиц первого поколения,если дляэтого достаточно энергии.В частности,такие столкновения происходятпривходе космических лучейв атмосферу Земли.
3Напомним,что W+ и W- являются античастицами и считаются как одначастица аналогично электрону и позитрону.
Частицы третьего поколения еще тяжелее и их наблюдают только при очень большихэнергияхв ускорителях.
У каждой частицывещества естьантичастица.Частицы и античастицы имеютзаряды противоположныхзнаков и в точности одинаковуюмассу. Если у частицы все заряды равны нулю, то у нее нетантичастицы.Отметим, что недостаточноравенства нулю электрического заряда.Так у нейтрино электрического заряданет,но есть лептонный заряд.Поэтому у нейтрино есть античастица. Полностью нейтральными являются лишь фотон и Z бозон.Можно сказать, что они сами себеантичастицы,ведь меняязнакивсех зарядов,мы оставляем их неизменными.
Мы уже говорили, что стабильность частиц первого поколениясвязана сзаконами сохранения зарядов.Закон сохранения лептонного заряда не позволяетраспастьсянейтрино.У электрона тот же лептонный заряд,что и у более легкого нейтрино,ноонстабилен из-за закона сохранения электрического заряда.Протон мог бы распасться на позитрон и антинейтрино,но у него есть барионныйзаряд.Всеэти законы сохранения точно такжеработаюти для античастиц. Поэтому сами по себе античастицы первого поколения также стабильны, как и частицы. Однако при встрече частиц и античастиц происходитвзаимноеуничтожение –аннигиляция.Действительно, у пары частица-античастица все зарядыравны нулю. Поэтомуничто не запрещаеттакой паре распасться на любуюдругуюпару частица-античастица меньшей массыили на два фотона.
Соберемвместе все частицыСтандартной модели. Они представленынижена рисунке.Мы видим там три поколениячастицвещества и четыре переносчика взаимодействий,о которых уже говорилось выше.Всего получается 16 частиц.Нов центре этого рисунка есть еще одна частица, семнадцатая,про которуюпока речи небыло.Это бозон Хиггса (Higgs)H.В отличиеотостальных бозонов его спин равен нулю. В СМ этотбозон играетособуюроль.Делов том, что сами посебе все частицыв СМ– безмассовые.Бозон Хиггса взаимодействует со всеми частицами модели и в результате этого взаимодействия у частиц появляется масса. Чем сильнее взаимодействие– тем больше масса.Сам бозон H тоже имеет массу4 за счетвзаимодействия ссамим собой.
4МассаH лишь немного меньшемассы tкварка, примерно 125 ГэВ/с2.
Подробности хиггсовского механизма появления масс у частиц выходятдалекоза рамки нашего пособия.Все же следуетсказать о нем еще несколько слов. Согласно теории,все пространство во Вселенной заполнено однородным хиггсовским полем.Материя, взаимодействуя с полем Хиггса,приобретает массу.Если поле пропадет, то все частицы станут безмассовыми.Это может произойти, еслиразогреть Вселенную до оченьвысокой температуры, которая «испарит» хиггсовское поле. Именно это имело место во время Большого взрыва, в котором, как мы думаем, зародилась наша Вселенная.
Хиггсовское поле сформировалось лишь спустя некоторое время после взрыва, когда температура понизилась.Поэтому сразу после Большого взрыва все частицы были безмассовыми.
Открытие хиггсовского механизма появления массу частиц сыграло ключевуюрольв построении СМ. Дело в том,что не удается построить непротиворечивую квантовую теорию,в которой переносчиками взаимодействий былибы массивные частицы.Опытже говоритнам,что слабое взаимодействие – короткодействующее и должно переноситься тяжелыми частицами.Механизм Хиггса позволил построить согласованную квантовую теорию короткодействующего взаимодействия.
I.4. Предсказания Стандартной модели и ее проверка
Принято считать, что теоретическая модель, которая лишь объясняет известные факты,еще не является теорией.Теория должна обладать предсказательнойсилой.Только после того,как эти предсказания подтверждаютсяэкспериментом, модель становится теорией.5 Какие же предсказания сделала СМ? Вотосновные из них.СМпредсказала существование следующих частиц:
W+,W– и Z0 бозоны [открытыв ЦЕРНе в 1983 г. (НП 1984)];
Топ кварк (t)[открытв 1995];
Тау нейтрино (τ)[открыто в 2000];
5За то время, чтомы ждали этихподтверждений,название Стандартная модель так прижилось,что теперь оно вероятно так иостанется, несмотря на то,что теперьСМ имеетстатус теории.
Бозон Хиггса (H)[открытв 2012 (НП 2013)].
Топ кварк и тау нейтрино были предсказанына основе того,что все частицывещества в СМ образуютпоколения из четырех частиц. Уже были открытыb кварк и тау лептон, которые не укладывались в первые два поколения частиц.Длязавершения третьего поколения нехватало кварка с зарядом +2/3 и третьего нейтрино. В принципе,СМ допускает наличие четвертого поколения и т.д.Однако из астрофизики мы знаем, что не должно быть больше трех нейтрино. С учетом этого СМ не допускаетникаких новых частиц.
Предсказание существования W и Z бозонов былосделано уже в рамках электрослабой теории. Но еще до того, как эти предсказания были проверены, электрослабая теория стала составной частью СМ. Бозон Хиггса тоже появилсяв электрослабой теории для придания массы W и Z бозонам. В Стандартной модели решили использовать этот же механизм для придания массне толькоW и Z бозонам,но и всем фермионам.Такимобразом, СМ сделала механизм Хиггса универсальными все массы элементарных частиц в ней имеют единую природу.Найденный в ЦЕРНебозонраспадается не только на Wи Z,но и на кварк-антикварковые и лептонантилептонные пары.При этомон предпочитаетраспадаться на тяжелые частицы и менее охотно распадается на легкие. Это доказывает,что сила его взаимодействия со всеми другимичастицами зависит отих массы.
Несмотря на большие предыдущие успехи СМ,6 до2012 года оставались сомнения в том,что она правильно описываетпоявление масс у частиц. После открытия бозона Хиггса мы можем сказать, что проверка основных предсказаний СМ завершена. Даже если в дальнейшем нам удастся построить более общую теорию, СМ скореевсего войдетв неекакчастный случай,справедливый в определенных рамках. Такрелятивистская механика Эйнштейна не отменила механику Ньютона, а ограничила ее область применимости. Квантоваяэлектродинамика продолжает использоваться дляописания электромагнитных процессов, несмотря на то,что есть болееобщаяэлектрослабая теория.
I.5. Трудности Стандартной модели
Несмотря на всесвои достоинства,СМне являетсяуниверсальной теорией.Во-первых,она не описываетгравитационноевзаимодействие.Как уже говорилось выше,на сегодня у нас есть только классическая теория гравитации – Общая теорияотносительности Эйнштейна. Во-вторых, современнаякосмология утверждает, что во Вселенной существуетматерия,которая не может состоять из частиц Стандартной материи.Действительно,в СМ имеетсявсего две стабильных массивных частицы– протон и электрон.Есть еще одна почти стабильная частица – нейтрон.В свободном состоянии она распадается,но можетсуществовать вместе с протонамивнутри атомных ядер.Из этих трех частиц состоят атомы, свойства которых нами хорошо изучены.В
6Кроме этихосновныхпредсказаний было и множество других, которые проверялись в сотнях экспериментов.На сегоднянетни одного подтвержденного расхождения СМ снаблюдениями.
частности,мызнаем, что всеатомы легко излучаюти поглощают свет.Поэтому их присутствиев космическом пространстве легко обнаружить, поскольку они либо поглощают свет,идущий от более далекихзвезд и галактик, либо сами излучаютна характерных длякаждого атома частотах. Поскольку основная масса атомов сосредоточена в их ядрах, такая материя получила название барионной материи, ведь нейтрон и протон – барионы. Все видимыеобъектыво Вселенной – звезды, галактики,межзвездный газ и пр. – состоятиз барионной материи.
Многочисленные косвенные астрофизические наблюдения указывают на то, что в межзвездном пространстве есть холодная материя,которая никак невзаимодействует со светом.Хотя эта материя и невидна,она создает гравитационное поле, котороевлияет на видимую материю, заставляя,например звезды быстреевращаться вокруг центров галактик.Такая невидима материя получила название «темной».Темная материяраспределена в пространстве несколько более однородно, чемобычная.Тем не менее,она сгущается в тех же областях пространства,что и обычная барионная материя.В частности, она создаетбольшие гало вокруг всех галактик. Из-за этого галактикиоказываются гораздо тяжелее,чемвсявходящая в них видимая материя. Исходя из того, что темная материя кластеризуетсявблизигалактик,делается вывод,что она должна состоять из холодных массивных частиц.Еслибы эти частицы были горячими,или безмассовыми, то гравитационное поле не могло бы ихудержать,и онибыравномерно разлетелись по всему пространству.Мы не видимникакихвзаимодействий этой материини с самойсобой,ни с барионной материей,кроме гравитационного.Поэтому ясно, что темная материя не участвуетв сильных ив электромагнитных взаимодействиях. С другой стороны,она можетучаствоватьв слабых взаимодействиях –это не приведетк противоречию с наблюдениями. Таким образом, потенциальными кандидатами на темную материюявляются какие-то неизвестные слабо взаимодействующие тяжелые частицы (weak interacting massiveparticles,или WIMP).Поиск таких частиц происходитво многих лабораториях мира.
В самое последнее время появились указания на то,что во вселенной присутствуеткроме темной материи еще одна субстанция, которая также проявляетсебя только гравитационно.В отличие темной материи эта субстанцияраспределена равномерно ивлияетна общий темп расширения всейвидимой части Вселенной.Эта субстанция получила название темной энергии. Ее природа пока совсем не ясна, но чаще всегосчитается, что темной энергиисоответствует какое-то скалярное поле.На квантовом языке переносчикомтакого поля должен быть безмассовый бозон со спиномнуль.Взаимодействие такого поля с другими частицами должно быть сопоставимо с гравитацией. Это означает, что обнаружить такую частицу в лабораторных условиях практически не возможно.
Есть еще одна космологическая проблема,котораяне находитобъясненияв рамках СМ.Как мы видели, частицы иантичастицыв СМравноправны. Поэтомуне понятно,почему Вселенная состоит из вещества,и мы совсем невидимв нейантивещества.Всеэти трудности Стандартной модели, так или иначе,связаны с гравитацией и скрупномасштабной структурой Вселенной, которая изучаетсяастрофизикой и космологией. Поэтому мы вернемся кэтим проблемамво второйчасти пособия.Пока же отметим,что у СМ имеются и некоторые внутренние проблемы. В частности,у нас нетобъяснения,почему существуют именно три поколения частиц.Мы не понимаем, почему
бозон Хиггса так по-разномувзаимодействует с частицами, что их массыразличаются на много порядков.
В целом,в СМмассы частиц и силывзаимодействий задаются наборомфундаментальных постоянных (ФП), величина которых произвольна.Возникаетвопрос, что было бы, если бы ФПимели другие значения? Оказывается,что даженебольшие изменения ФП существенно влияют на стабильность ядер и атомов,на синтез тяжелых элементов,скорость эволюциизвезд и, наконец,на возникновение планетземного типа изарождениена них жизни…
Создается впечатление,что при любомдругомсоотношении фундаментальных постоянныхтаких наблюдателей как мы с вами несуществовало бы.
На основании всех этих причин,большинство физиков считают, что СМ являетсячастью более общей теории,которую мы пока не знаем.Поэтому продолжается поиск новых частиц и новых явлений,которые не укладываютсяв СМ.Если такие явления будутнайдены,это должно дать новый импульс для построенияболее общей теории.В настоящее время существуетнесколько гипотезо том,как такая теория может выглядеть. Для того чтобывыбрать единственный правильный варианту нас пока недостаточно данных.Тем не менее, ниже мырасскажем о некоторых популярных расширениях СМ.
I.6. Возможные расширения Стандартной модели
Выше говорилось,что в СМсуществуетбольшое количество параметров,называемых фундаментальными постоянными. Всего их более 20, включая массывсехэлементарныхчастиц и параметры, определяющиевеличину фундаментальных взаимодействий.Последниеназываются константами связи. В рамках СМ и массы,и константы связи могутбыть любыми,но наблюдаемый мир оченьсильнозависитот выбора ФП.В частности, даже принебольшихизменениях ФП становятся невозможными ядерные реакциивнутри звезд, не возникаютпланетные системы и не можетзародиться жизнь.Есть нескольковозможностей объяснить,почему ФП именно такие, какие есть.
1.Можно попытаться построить более общую теориюс меньшим числом ФП.В этом случае, постоянные СМ оказываются не независимыми.Они должнывыражатьсячерез меньшее число более фундаментальных постоянных новой теории.Такимобразом между ними сразу могут устанавливаться «правильные» соотношения.
2.Можно построить теорию, в которой ФПэволюционируюти принимаютразныезначенияв разных частях Вселенной.Тогда мы можем простосказать, что мы живем в той части Вселенной, которая допускаетнаше существование.
3.Можно предположить, что существует множество Вселенных с разными ФП. Этотсценарий похожна предыдущий,но в нем величина ФП фиксируется в момент Большоговзрыва.
Очевидно,что первыйвариант долженобладать наибольшей предсказательнойсилой, ив этом направлениисфокусировано большевсего усилий теоретиков. Посмотрим,какие идеи тут предлагались.Во-первых,мы хотим уменьшить число констант связи.В идеале нам хочется иметь