Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
knocking on
| собственным моментом импульса,
где момент импульса — это квантовое число, которое описывает поведение частицы, которое в определенном смысле можно уподобить ее вра- щению. Под полуцелым моментом импульса подразумеваются ве- личины вроде 1 / 2, 3 / 2, 5 / 2 и т. д. Примеры фермионов — кварки и лептоны Стандартной модели: их момент импульса равен 1 / 2. Бозоны — это частицы, которые, подобно переносящим взаимо- действие калибровочным бозонам или ожидающему своего от- крытия бозону Хиггса, имеют суммарный момент импульса, вы- ражаемый целыми числами, такими как 0, 1, 2 и т. д. Фермионы и бозоны различаются не только моментами им- пульса. Они очень по-разному себя ведут, когда в одном месте оказывается две или более одинаковые частицы. К примеру, идентичные фермионы с одинаковыми свойствами невозможно обнаружить в одном месте. Об этом говорит нам принцип исклю- чения, или запрет Паули, названный в честь австрийского физика Вольфганга Паули. Именно этим свойством фермионов объясня- ется структура периодической системы Менделеева, основан- ная на том, что электроны, которые не отличаются друг от друга ни по одному квантовому числу, должны находиться на разных ор- битах вокруг атомного ядра. По этой же причине мой стул не про- валивается в центр Земли — фермионы стула просто не могут на- ходиться в том же месте, что фермионы вещества планеты. Бозоны же ведут себя строго противоположным образом. Их как раз вероятнее найти в одном месте. Они могут буквально громоздиться один на другой — примерно как крокодилы; именно поэтому могут существовать такие явления, как бозе-конденсат, где частицы должны находиться в одинаковом квантово-механи- ческом состоянии. В лазерах тоже используется бозонное родство фотонов. Интенсивный луч лазера состоит из множества идентич- ных фотонов. Интересно, что в суперсимметричной модели частицы, кото- рые мы считаем очень разными, — бозоны и фермионы — можно заменить на противоположные, и в результате получится ровно то же, с чего все началось. У каждой частицы есть партнер проти- воположного квантово-механического типа, обладающий в точ- 376 МОДЕЛИ, ПРЕДСКАЗАНИЯ И ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ности такими же зарядами и массой и отличающийся только мо- ментом импульса. Названия новых частиц звучат довольно забав- но — на лекциях они обязательно вызывают смешки в аудитории. К примеру, партнером фермионного электрона является бозонный селектрон . Бозонный фотон состоит в паре с фермионным фоти- но, а W-бозон спарен с Wino-фермионом. Новые частицы взаи- модействуют между собой подобно соответствующим частицам Стандартной модели, но при этом обладают противоположными квантово-механическими свойствами. В суперсимметричной теории свойства каждого бозона сопо- ставлены свойствам его суперпартнера-фермиона, и наоборот. Поскольку у каждой частицы есть суперпартнер, и все взаимо- действия между ними строго сбалансированы, теория допускает существование столь причудливой симметрии, которая заменяет фермионы бозонами, и наоборот. Чтобы понять загадочную на первый взгляд взаимную компенса- цию виртуальных вкладов в массу хиггса, следует вспомнить, что су- персимметрия подбирает каждому бозону соответствующий пар- тнер-фермион. В частности, бозону Хиггса в этой модели ставится в соответствие фермион Хиггса, или хиггсино. Если на массу бозона квантово-механические добавки оказывают существенное влияние, то масса фермиона не может быть много больше его классической массы, то есть массы без учета квантово-механических поправок. Логика здесь заложена довольно тонкая, но большие поправки не возникают, потому что массы фермионов относятся как к пра- вым, так и к левым частицам. Масса позволяет им превращаться друг в друга и обратно. Если классического массового члена нет и частицы не могут превращаться друг в друга до прибавления квантово-механических виртуальных эффектов, то они не смогут сделать этого и после учета всех квантово-механических вкладов. Если фермион с самого начала не имеет массы (то есть не име- ет классической массы), то его масса останется нулевой и после включения квантово-механических поправок. К бозонам подобные аргументы не применимы. Бозон Хиг- гса, к примеру, имеет нулевой собственный момент импульса, так что ни в каком смысле мы не можем говорить о том, что он ВАКАНТНОЕ МЕСТО ТОП-МОДЕЛИ 377 вращается влево или вправо. Но из соображений суперсимметрии массы бозонов соответствуют массам фермионов. Поэтому если масса хиггсино равна нулю (или мала), точно такой же должна быть согласно теории суперсимметрии масса его партнера — бо- зона Хиггса — даже с учетом квантово-механических поправок. Мы пока не знаем, верно ли это довольно изящное объяснение стабильности иерархии и компенсации поправок к массе хиггса. Но если суперсимметрия действительно решает проблему иерар- хии, то мы многое можем сказать о том, каких результатов следует ожидать на БАКе. В этом случае мы знаем, какие именно новые частицы должны существовать, потому что у каждой известной частицы должен быть суперсимметричный партнер. Мало того, мы можем оценить массы новых частиц. Разумеется, если бы суперсимметрия в природе соблюдалась в точности, мы бы сразу знали и массы всех суперпартнеров. Они были бы попросту идентичны массам соответствующих известных частиц. Однако ни одну частицу-суперпартнер до сих пор обна- ружить не удалось. Это свидетельствует о том, что суперсимме- трия, даже если она реально существует в природе, не может быть строгой. При строгой суперсимметрии мы давно уже открыли бы и селектрон, и скварки, и все остальные суперсимметричные пар- тнеры, предсказанные теорией. Так что суперсимметрия должна жүктеу/скачать 8,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|