Физика: объединение спустя 150 лет.

В 1861 году Джеймс Кларк Максвелл объединил воедино три теории, на первый взгляд совершенно не связанные друг с другом: электричество, магнетизм и свет. Спустя 150 лет ученые бьются над схожей задачей: "теорией единого поля" или "теорией всего", которая бы позволила объединить все четыре известных фундаментальных взаимодействия во Вселенной: гравитационное, электромагнитне, сильное и слабое. Целью теории единого поля является объединение всех четырех типов элементарных взаимодействий в рамках красивой единой математической модели. Нужно доказать, что все фундаментальные взаимодействия являются проявлениями одного и того же явления во Вселенной.
Считается, что открытие теоретически предсказанной частицы - бозона Хиггса - сможет заполнить пробел в стандартной теории, объединяющей электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Бозон Хиггса ответственнен за массу элементарных частиц. Доказательство его существования позволит подтвердить правильность стандартной теории. Однако стандартная теория не учитывает гравитационного взаимодействия частиц. Поэтому, даже если бозон Хиггса будет найден, абсолютного единства в рамках существующей стандартной теории не получится. Но это только в рамках стандартной теории, ведь до сих пор не существует единого мнения о том, как должна выглядеть объединенная "теория всего", и что из себя она должна представлять. Предлагаются экзотические теории "суперсимметрии" и "суперструн" и обнаружение бозона Хиггса позволит подтвердить или опровергнуть эти теории и приблизить грандиозный триумф теории единого поля.

Британский физик Джон Эллис считает, что обнаружить только лишь один бозон Хиггса уж слишком скучно. "Гораздо забавнее будет, если физикам вообще не удастся ничего найти, или будет найдено несколько бозонов Хиггса", - говорит он. "Тогда это станет хорошим знаком в пользу теории суперсимметрии, в которой каждой частице фермиону сопоставлен бозон." Напомним, фермионами называются все элементарные частицы, из которых по современным представлениям состоит вещество (электроны, протоны, нейтроны и др.). Если окажется, что существуют бозоны Хиггса и каждому фермиону можно будет противопоставить бозон, то, грубо говоря, это будет означать возможность взаимного превращения вещества в излучение (поле) и наоборот, так как в теории суперсимметрии возможно взаимное превращение бозонов в фермионы. А это еще один шаг к объединению всех фундаментальных взаимодействий, единству материи и поля. Впервые теорию суперсимметрии предложили в 1973 году австрийский физик Юлиус Весс и итальянский физик Бруно Зумино для описания ядерных частиц. Математический аппарат теории был разработан советскими физиками Ю. А. Гольфандом и Е. П. Лихтманом в коне 60-х годов прошлого века.

Другой экзотичной гипотезой для объяснения единства Вселенной является теория струн. Предполагается, что все частицы и элементарные взаимодействия возникают в результате колебания квантовых струн на масштабах порядка планковской длины волны 10^-35 м. Чем больше частота колебаний, тем больше энергия, а значит и масса частицы. Классификация струнных теорий и их физическое и математическое описание довольно сложные. Скажем лишь, что теория струн автоматически включает в себя гравитацию и описывается при помощи 11 измерений, включая время. Мы можем наблюдать только три измерения и время, остальные настолько плотно "сжаты", что увидеть их при обычных условиях невозможно.

Последними сообщениями лент информационных агенств являются уточнения массы бозона. Физикам удалось исключить энергетический диапазон 158-175 ГэВ, и они сузили возможные значения до 114-156 ГэВ и 183-185 ГэВ. БОльшей энергии соответствует бОльшая масса. БОльшие значения массы бозона Хиггса позволят упростить его детектирование на адронном коллайдере в ЦЕРНе. По предположениям ученых тяжелый бозон Хиггса должен распадаться на две другие частицы - пары W- и Z-бозонов, которые легко обнаружить. Легкий бозон Хиггса распадается на b-кварки, и это затрудняет регистрацию бозона Хиггса.

Но все же с какой бы точки зрения мы не рассматривали наш многогранный мир, в итоге может оказаться, что все теории являются сторонами одной медали. Остается только проверять теорию на практике - сложном и тернистом пути, который призван дать ответы на вопросы о мироздании.

В статье использованы материалы: Nature, Корреспондент
Источник: nanometer.ru