Книга Бытия. Общая история происхождения

В современной физике эти отношения между симметриями, преобразованиями и сохраняющимися физическими величинами получили обобщение. Инвариантность какого-либо физического свойства в системе отсчета, подвергнутой каким-либо преобразованиям, позволит обнаружить и формализовать отношения, которые заложат основу для нового понимания материи. Именно так и родятся принципы сохранения физических величин со странными названиями, которые станут со временем решающими для понимания мельчайших компонентов материи: странность, изоспин, лептонное число и так далее.

Концепция симметрии окажется самой общей, будут говорить о симметрии непрерывной или дискретной, локальной или глобальной, точной или приближенной – все они окажутся фундаментальными инструментами для познания динамики элементарных частиц и их полей. Без вклада Эмми Нёттер все это было бы невозможно.

Кульминацией этих усилий станет создание Стандартной модели элементарных частиц – монументальной конструкции, предоставляющей наиболее точное описание материи, которым мы теперь располагаем.

Самая успешная теория современной физики объясняет свойства материи через очень небольшое число ее компонентов: шесть кварков и шесть лептонов, организованных в три семейства. Двенадцать частиц вещества связываются вместе или взаимодействуют, обмениваясь другими частицами, служащими переносчиками сил: фотоны переносят электромагнитные взаимодействия, глюоны переносят взаимодействия сильные, векторные бозоны W и Z переносят взаимодействия слабые. У частиц вещества, лептонов и кварков, полуцелый спин (1/2), они входят в семейство фермионов, а у частиц, переносящих взаимодействия, спин целый (1), они входят в семейство бозонов. С помощью этого небольшого набора деталей возможно построить все известные формы материи, как стабильные, заполняющие нашу повседневную жизнь, так и экзотические и эфемерные, образующиеся в ускорителях, в высокоэнергетических событиях в недрах звезд или во время космических катастроф.

Эта теория немедленно получила единодушное признание, поскольку обладала колоссальной предсказательной силой. С самого момента своего появления в 1960-е годы она предсказывала существование некоторых новых элементарных частиц, регулярно с тех пор открываемых, и давала возможность с огромной точностью рассчитывать новые физические величины, которые, когда их удавалось измерить, оказывались в полном согласии с предсказанием, с точностью до десяти значащих цифр совпадающими с вычисленным значением.

Архитравом Стандартной модели служит объединение слабого и электромагнитного взаимодействий, ставших теперь двумя разными проявлениями одной и той же силы – электрослабого взаимодействия.

И все это опять-таки было следствием определенной симметрии. Первым о ней заговорил Энрико Ферми, едва только отметивший свое тридцатилетие. Благодаря своей интуиции он распознал в странностях казавшегося маргинальным явления – излучения электронов при распаде некоторых радиоизотопов – какое-то новое фундаментальное взаимодействие. Ферми предположил, что между этим новым взаимодействием и электромагнетизмом есть изрядная формальная аналогия, и воспользовался этой аналогией, чтобы описать новое взаимодействие и вычислить его константу связи.

Многие годы его так и называли: “взаимодействие Ферми”. Название сменилось только много позже, чтобы подчеркнуть малость этой самой константы связи G, определяющей интенсивность взаимодействия, и это она в честь своего первооткрывателя стала носить его имя – “константа Ферми”.

Революционная идея молодого физика открыла путь тому самому объединению электромагнитных сил со слабым ядерным взаимодействием, которое тридцать лет спустя легло в основу Стандартной модели фундаментальных взаимодействий.

В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал уравнения, ставшие фундаментом для теории, которая объединила электрические и магнитные явления: так возник электромагнетизм. По прошествии века история повторилась. В конце шестидесятых годов прошлого века появилась новая теория стараниями Стивена Вайнберга, Шелдона Глэшоу и Абдуса Салама, при определяющем вкладе Герарда Хоофта. Электромагнетизм и слабые взаимодействия оказались проявлениями одного и того же поля, и с тех пор их стали называть электрослабыми.

В 1983 году Карло Руббиа открыл предсказанные теорией векторные бозоны W и Z, и это стало окончательным триумфом Стандартной модели.

Но под пеленой успеха скрывалась глубокая трещина, внутренняя слабость теории, которая в любой момент могла обернуться переламыванием архитрава и крушением всего здания.