Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
knocking on
| поле Хиггса,
которое придает ему слабый заряд. Поле Хиггса, даже если оно придает вакууму заряд, не состоит из реальных частиц. По существу, это распреде- ление слабого заряда в пределах Вселенной, возникающее только тогда, когда само поле приобретает ненулевую величину. Когда поле Хиггса отлично от нуля, дело обстоит так, как будто Вселен- ная имеет неограниченные запасы слабого заряда. Представьте, что вы располагаете неограниченным источником денег. Вы мо- жете раздавать деньги или брать их себе, и в вашем распоряжении по-прежнему будет оставаться неограниченная сумма. Примерно так же поле Хиггса насыщает вакуум неограниченным слабым за- рядом. При этом оно нарушает симметрии, связанные с взаимо- действиями, и позволяет зарядам уходить в вакуум и извлекаться из него, в результате чего возникают массы частиц. Один из способов представить себе механизм Хиггса и про- исхождение масс состоит в том, что этот механизм позволяет вакууму вести себя подобно вязкой жидкости — полю Хиггса, пронизывающему вакуум, — несущей слабый заряд. Частицы, несущие этот заряд, такие как слабые калибровочные бозоны, а также кварки и лептоны Стандартной модели, могут взаимо- действовать с этой «жидкостью», и это взаимодействие замедля- ет частицы. Такое замедление говорит об обретении частицами массы — ведь безмассовые частицы путешествуют сквозь вакуум со скоростью света. 348 МОДЕЛИ, ПРЕДСКАЗАНИЯ И ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Этот тонкий процесс, посредством которого элементарные частицы обретают массу, известен как механизм Хиггса. Он гово- рит нам не только о том, как частицы обретают массу, но и о свой- ствах этих масс. Механизм Хиггса объясняет, к примеру, почему одни частицы тяжелые, а другие — легкие. Дело в том, что у ча- стиц, сильнее взаимодействующих с полем Хиггса, масса больше, а у тех, которые взаимодействуют слабее, масса меньше. Истин- ный, или t-кварк, самый тяжелый из всех, взаимодействует силь- нее остальных. Электрон или u-кварк, обладающие небольшой массой, взаимодействуют намного слабее. Механизм Хиггса позволяет также глубоко заглянуть в природу электромагнетизма и фотонов, которые передают это взаимодей- ствие. Механизм Хиггса говорит нам, что массу обретают толь- ко те переносчики взаимодействия, которые взаимодействуют с распределенным в вакууме слабым зарядом. Калибровочные W- и Z-бозоны взаимодействуют с этим зарядом и потому обладают неисчезающей массой. Однако поле Хиггса, насыщающее вакуум и несущее слабый заряд, электрически нейтрально. Фотон не вза- имодействует со слабым зарядом, и его масса остается нулевой. Таким образом, фотон — исключение. Без механизма Хиггса в природе было бы три безмассовых слабых калибровочных бозона и еще один переносчик взаимо- действия (тоже с нулевой массой), известный как гиперзарядный калибровочный бозон, и никто и никогда не стал бы вообще го- ворить о фотоне. Но в присутствии поля Хиггса только уникаль- ная комбинация гиперзарядного калибровочного бозона и одного из трех слабых калибровочных бозонов не взаимодействует с за- рядом в вакууме — и именно эта комбинация представляет собой фотон, передающий электромагнитное взаимодействие. Отсут- ствие у фотона массы имеет принципиальное значение для многих важных явлений, представляющих собой следствие электромаг- нетизма. Безмассовость фотона объясняет, почему радиоволны распространяются на гигантские расстояния, тогда как слабое взаимодействие ограничено расстояниями крохотными. Поле Хиггса несет слабый заряд, но не несет электрического. Поэтому фотон имеет нулевую массу и путешествует со скоростью света БОЗОН ХИГГСА 349 по определению, тогда как переносчики слабого взаимодействия массивны. Не запутайтесь: фотоны — элементарные частицы. Но в опре- деленном смысле первоначальные калибровочные бозоны были идентифицированы неверно, потому что они не соответствовали никаким физическим частицам, которые имеют определенные массы (возможно, нулевые) и проходят сквозь вакуум беспрепят- ственно. До тех пор пока нам не известны слабые заряды, распре- деленные по вакууму посредством механизма Хиггса, мы никак не можем определить, какие частицы обладают ненулевыми мас- сами, а какие нет. В соответствии с зарядами, полученными ваку- умом через механизм Хиггса, гиперзарядный калибровочный бо- зон и слабый калибровочный бозон при движении сквозь вакуум то и дело превращаются друг в друга, и мы не можем приписать ни одному из них определенной массы. С учетом слабого заряда вакуума можно утверждать, что только фотон и Z-бозон проходят сквозь вакуум, не меняя своей сущности, причем Z-бозон приоб- ретает массу, а фотон — нет. Таким образом, механизм Хиггса де- лает исключение для одной конкретной частицы под названием «фотон» и для одного конкретного типа заряда — электрического, который фотон переносит. Таким образом, механизм Хиггса объясняет, почему из всех переносчиков взаимодействий только фотон имеет нулевую мас- су. Он объясняет и еще одно свойство массы. Этот урок немного тоньше, но он дает нам возможность глубоко разобраться в том, почему механизм Хиггса допускает массы, которые хорошо со- гласуются с разумными высокоэнергетическими предсказания- ми. Если представить себе поле Хиггса как жидкость, то можно вообразить, что при определении массы частиц плотность этой жидкости также имеет значение. А если мы представим эту плот- ность как результат действия зарядов, расположенных на фикси- рованных расстояниях, то получится, что одни частицы пролета- ют настолько маленькие расстояния, что никогда не встречаются со слабым зарядом, — они движутся так, как если бы обладали нулевой массой; частицы же, проходящие бо льшие расстояния, неизбежно сталкиваются со слабыми зарядами и замедляются. 350 МОДЕЛИ, ПРЕДСКАЗАНИЯ И ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Все вышесказанное соответствует тому факту, что механизм Хиггса связан со жүктеу/скачать 8,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|