PhilosofFine

Изначально теория объединенного электрослабого взаимодействия (модель Глэшоу) говорила о существовании четырех безмассовых частиц - переносчиков взаимодействий: фотона (переносчика электромагнитного взаимодействия) и W-, W- и 2°-бозонов (переносчиков слабого взаимодействия). В квантовой механике радиус взаимодействия обратно пропорционален массе частицы-переносчика, поэтому нулевая масса соответствует бесконечному радиусу взаимодействия. Таким образом, вопреки всем экспериментальным данным модель Глэшоу предполагала неограниченный радиус взаимодействия не только для электромагнетизма, но и для слабого взаимодействия. Предложенная Глэшоу калибровочная симметрия привела к еще одному нетрадиционному выводу: когда две частицы обмениваются электромагнитным взаимодействием, их электрические заряды не изменяются, так как фотон (переносчик электромагнитного излучения) не является носителем электрического заряда. Однако во всех известных в то время слабых взаимодействиях осуществлялся перенос единичного электрического заряда, например, распадающийся нейтрон (с зарядом 0) мог порождать протон (с зарядом +1) и электрон (с зарядом -1). Явления такого рода можно было бы объяснить обменом частицами W и W с зарядами, равными соответственно +1 и -1. Но введение электрически нейтральной частицы Z означает, что некоторые слабые взаимодействия должны происходить без обмена зарядом, как при электромагнитном взаимодействии. Предсказание явлений, названных впоследствии «слабыми нейтральными токами», стало решающей экспериментальной проверкой объединенной теории электрослабого взаимодействия, они были экспериментально обнаружены в 1973 г. в ЦЕРНе.

В 1967 и 1968 гг., работая независимо друг от друга, Вайнберг и Салам создали объединенную теорию слабого и электромагнитного взаимодействий на основе калибровочной симметрии, которой пользовался Глэшоу. Модель Вайнберга - Салама также утверждала существование четырех частиц-переносчиков, но предлагала новый механизм, наделяющий массами W-, W- и 2°-частицы и оставляющий безмассовыми фотоны -«спонтанное нарушение симметрии». Салам предположил, что калибровочная симметрия, связывающая электромагнитное и слабое взаимодействия, спонтанно нарушается, когда уровень энергии значительно изменяется. При очень высоких энергиях эти два взаимодействия неразличимы, но при низких энергиях W- и Z-частицы (а следовательно, слабые взаимодействия) встречаются редко. Так как в земных условиях физика ограничена сравнительно низкими энергиями, то исследователи ранее обращали внимание только на различия между электромагнитным и слабым взаимодействиями. Отметим, что массы W-, W- и 2°-частиц не вводятся искусственно, а возникают естественно из механизма спонтанного нарушения симметрии, оценки масс этих частиц были получены из самой теории. В 1983 г. частицы W и Z были обнаружены экспериментально Карло Руббиа среди продуктов реакций, возникающих при столкновениях частиц, разогнанных до высоких энергий на ускорителе в ЦЕРНе.

Развивая идеи, приведшие к построению электрослабого взаимодействия, Шелдон Глэшоу внес важный вклад и в изучение сильного взаимодействия. В 1940-1950-х гг. в экспериментах на ускорителях высоких энергий было открыто много короткоживущих частиц, связанных с протоном и нейтроном, к 1969 г. было известно более 100 частиц, которые считались одинаково элементарными. Многих физиков такая ситуация не удовлетворяла. В 1963 г. Марри Гелл-Манн и Джордж Цвейг предложили способ, позволяющий уменьшить число фундаментальных частиц, необходимых для теории материи. Они высказали гипотезу о том, что протон, нейтрон и все известные их «родственники» могут быть сложными частицами, состоящими из нескольких более фундаментальных частиц, которые Гелл-Манн назвал кварками. Между собой кварки должны быть связаны сильным взаимодействием.