2. Искривление пространства-времени определяется не только массой вещества, но и всеми видами энергии физических полей присутствующими в системе.

3.Изменения гравитационного поля распространяются в вакууме со скоростью света. Сравнение свойств гравитационного и других взаимодействий см. В табл.2.6

Гравитон- квант гравитационного поля, безмассовая нейтральная частица с нулевой массой покоя и спином 2 (в единицах h). Спиральность гравитона, т.е. проекция спина гравитона на направление импульса гравитона, равна = + 2,-- 2. Гравитоны, подчиняются статистике Бозе, и могут неограниченно накапливаться в одном квантовом состоянии, образуя бозе-конденсат, который представляет собой классическую гравитационную волну. См. табл.2.6.

Гравитон могут рассеиваться друг на друге: g + g → g + g .Сечение рассеяния гравитона на гравитоне: ~ L² (E/mc²)² ~ 10 ^-67 см². Теоретически вводятся: характерная масса Планка m_П = (hc/G)^1/2 = 10 ^–5 г. Энергия покоя массы Планка m_П c² = 1,2 10 ¹⁹ Гэв. Длина волны Комптона для массы Планка L = h m_п = 10 ^{– 33} см («квант пространства»). Планковское время t_п = L/c = 10 ^{– 43} сек («квант времени»).

Экспериментально гравитоны не наблюдались. Имеются отдельные косвенные наблюдения гравитационных волн на работающих экспериментальных установках.

В настоящее время (2009 г.) предполагается существование новой формы материи в виде «темной энергии», обладающей антигравитацией (отталкиванием), т.е. отрицательным гравитационным зарядом, (Не следует путать антигравитацию с античастицами, например, позитроном).

Если «выключить» гравитационное взаимодействие, то исчезнет крупномасштабная «пенная» структура Вселенной, а также галактики, звезды, планеты. Частицы и тела перейдут в состояние невесомости, атомы, молекулы и тела сохранятся.

Свойства четырех взаимодействий приведены в табл.2.6 и характеристики квантов полей в табл.2.7

Свойства четырех взаимодействий Табл.2.6

Взаимодействие	Радиус действия см	Время действия сек	Сечение мбарн = 10-27 см 2	Константа взаимо- действия
Сильное	10-13	10-23	10	10
Электромаг- нитное		10-20 10-16	10-3	10-2
Слабое	2 10-16	>10-12	10-11	10-5
Гравитационное			10-40	10-12

Характеристики квантов физических полей

Табл.2.7

Название	символ	спин	Эл заряд	Масса покоя	Спираль ность	Цветовой Заряд
Глюоны (кванты сильного поля)	g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8	1 1 1 1 1 1 1 1	0	0		к з к с з к з с с к с з (1/2)(кк-зз) (1/6)(кк+зз-2сс)
Фотон (квант электро- магнитного поля)	γ	1	0	0	+-1
Кванты слабого поля: W +бозон	W+	1	+1е	80,4 Мэв
W -бозон	W-	1	- 1е	80,4 Мэв
Z0 бозон	Z0	1	0	91 Мэв
Гравитон (квант гравитац поля)	g	2	0	0		Не обнаружен

Примечание: Условный цветовой заряд кварков к –красный, с-синий, з- зеленый.

Теории Великого объединения (ТВО).Бегущие константы связи

Единое описание трех взаимодействий:сильного .электромагнитного и слабого-является целью теорий великого объединения (ТВО). В основе модели великого объединения лежит гипотеза о том, что сильное взаимодействие, описываемое квантовой хромодинамикой (КХД) и обладающее локальной цветовой симметрией и электрослабое взаимодействие (ЭСВ) с локальной симметрией являются низкоэнергетическими «остатками» единого калибровочного взаимодействия с более широкой группой локальной симметрии описываемой единой константой . В этих теориях выбирается в качестве основной достаточно большая калибровочная группа и в такую группу «вкладываются» группы КХД и и электрослабой теории.

Объединенная симметрия спонтанно нарушена на сверхмалых расстояниях на много порядков меньше тех, при которых происходит объединение электромагнитного взаимодействия и слабого взаимодействия в электрослабое взаимодействие.

Фундаментальными фермионными полями в теории великого объединения являются кварки u, d и лептоны, которые группируются в три поколения: кварки u,d с электроном e^- и электронным нейтрино образуют первое поколение, кварки c,s с мюоном и мюонным нейтрино образуют второе поколение, и кварки t,b вместе с тау-лептоном и тау-лептонным нейтрино – третье поколение:

(2.134)

Массы кварков и лептонов растут с увеличением номера поколения. Важным следствием ТВО является предсказание нестабильности (распада) протона.

С ростом энергии эффективные константы слабого и электромагнитного взаимодействия должны расти, а хромодинамическая константа должна уменьшаться так, чтобы при энергиях 10¹⁵ Гэв (энергетический масштаб великого объединения) все три константы должны стать равными.

Бегущие константы связи

Константа связи (константа взаимодействия или эффективные заряды)-параметр характеризующий силу взаимодействия частиц. Константа взаимодействия определяется через амплитуду рассеяния двух частиц при данной энергии и данной передаче импульса. По величине константы взаимодействия найденной из величины сечения рассеяния двух покоящихся нуклонов различают следующие взаимодействия:

Таким образом, все константы взаимодействий сбегаются к одному числу при массах, энергиях(импульсах) = ~ 10¹⁵ Гэв (что отвечает расстояниям 10^-28 см). Это означает, что сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия ранее были единым взаимодействием при таких больших энергиях, а затем при понижении энергии отделились друг от друга. Теория великого объединения должна работать в громадном диапазоне Гэв до Гэв. (cм. рис.2.22)

Рис.2.22. Зависимость бегущих констант связи от импульса . Указано гипотепическое великое объединение сильного и электрослабого взаимодействий на громадных энергиях М_Х ≈10 ¹⁵ Гэв.

Большие машины физики Большой адронный коллайдер

Генеральная тенденция продвижения исследований в область все более высоких энергий эквивалентна обратному движению во времени к начальному образованию Вселенной из сингулярности, в результате Большого Взрыва. При этом образование и раннюю эволюцию Вселенной рассматривают как эксперимент в физике частиц сверхвысоких энергий.

ЦЕРН – западноевропейский центр ядерных исследований создан в 1954 году близ Женевы для экспериментальных и теоретических исследований в физике элементарных частиц. Число членов сейчас 20. Россия и США имеют статус наблюдателя. В ЦЕРНЕ постоянно работают 2500 человек. Еще 8000 физиков и инженеров из 580 университетов и институтов 85 стран участвуют в различных экспериментах временно.

В 1987 г.в ЦЕРНЕ был запущен Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP). В нем электроны и позитроны ускорялись в накопительном кольце длиной 27 км, и затем сталкивались, выделяя энергию 180 Гэв. В середине 90-х г 20 века он был демонтирован, а тоннель был использован для ускорительного кольца БАК.

В 1996 г ЦЕРН приступил к сооружению Большого адронного коллайдера (БАК) – протон-протонного ускорителя на встречных пучах нового поколения. После 13 лет строительства в конце 2008 г осуществлен пробный запуск коллайдера. Стоимость БАК 8 млрд.$. Таким образом, ЦЕРН становится ведущим мировым центром исследований в физике в настоящее время (2010 г).Потребуется несколько лет, чтобы вывести БАК на проектные параметры.

Большой адронный коллайдер («сталкиватель») (БАК или LHC) –комплекс ускорительных установок,соединенных каналами транспортирующими пучки протонов. Он состоит из трех ускорителей: