PhilosofFine

Теория электрослабого взаимодействия вместе с квантовой хромоди-намикой образуют Стандартную Модель физики элементарных частиц. В раках Стандартной Модели наблюдается «пересечение» множеств частиц, участвующих в электрослабом или сильном взаимодействии, имеются частицы, участвующие в обоих взаимодействиях, например сами кварки. Кварки участвуют как в сильном, так и в слабом взаимодействии, но изменение природы кварка, сопровождающееся испусканием переносчика слабого взаимодействия, отличается от того, что происходит с кварком при испускании глюона. В то время как глюоны изменяют цвет кварка, слабое взаимодействие изменяет его аромат. Однако, несмотря на то что достигнуто такое понимание роли кварков в Стандартной Модели, до сих пор отсутствует достаточно четкое представление о возможности объединения сильного и слабого взаимодействий. Стандартная Модель полностью исчерпывает наши современные представления о «структуре» вещества, суммирует все наши знания в области элементарных частиц, однако не дает «однозначных» оснований рассуждать о возможных путях дальнейшей унификации наших представлений.

Рассмотрим саму Стандартную Модель - физическую теорию, которая отражает наши современные представления о том, «из чего состоит мир». Стандартная Модель состоит из двенадцати частиц-переносчиков: восьми глюонов, W-, W- и Z°-частиц и фотона. Все они являются бозонами. Существует еще одно важное деление элементарных частиц на бозоны и фермионы. Фермионы - частицы, которые в одном квантовом состоянии могут находиться лишь в единственном числе, они не могут «налагаться» друг на друга (наложение происходит или не происходит в дискретных энергетических состояниях, на которые квантовая механика делит природу), а бозоны могут. Например, если бы электроны были бозонами, то все электроны атома могли бы занимать одну и ту же орбиталь, соответствующую минимальной энергии, т. е. Вселенная в том виде, в котором мы ее знаем, была бы невозможна.

Фермионы - это кварки и лептоны. Лептоны - общее название класса элементарных частиц, не обладающих сильным взаимодействием, т. е. участвующих лишь в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях. В частности, к лептонам относят электрон e , мюон /л и тау-лептон t-, а также соответствующие им нейтрино Ve,Vm,Vt (их тоже

двенадцать с учетом античастиц). Кварки имеют цвет, электрический заряд и участвуют в слабом взаимодействии. Отметим, что частицы, которые состоят из кварков и участвуют в сильном взаимодействии, называют адронами. Всего существует шесть кварков или ароматов кварков, учитывая их участие в слабом взаимодействии (имеются достаточно серьезные основания считать, что их не должно быть больше), в 1977 г. открыт й-кварк (от англ. bottom - основание, низ), а в 1995 г. - t-кварк (от англ. top - вершина). Например, и- и J-кварки обладают различным электрическим зарядом и соответственно взаимодействуют слабо по-разному. Каждый из шести кварков может быть трех цветов, что дает восемнадцать различных частиц, с учетом античастиц - тридцать шесть. Таким образом, получается сорок восемь фермионов, которые и образуют все вещество во Вселенной.

Мы не случайно привели здесь такую подробную классификацию элементарных частиц. Согласно Полчинскому, почти все из них получают удовлетворительное объяснение, свое «место» в рамках теории струн [Polchinski, 1998]. Несмотря на то что классификацию элементарных частиц в рамках Стандартной Модели нельзя назвать «простой», она выглядит достаточно элегантной и уже не раз обнаруживала свой эвристический потенциал. Однако как «завершенная» теория для физики в целом она обладает двумя существенными недостатками: во-первых, она не включает описание гравитационного взаимодействия; во-вторых, она содержит порядка двадцати свободных параметров, т. е. параметров, которые нельзя вычислить, обращаясь к самой Стандартной Модели (фактически это параметры, ответственные за «связь» теории и эксперимента). Наиболее яркий пример свободного параметра - отношение массы мюона к массе электрона. Это отношение, полученное экспериментально, порядка 207 и должно вноситься в Стандартную Модель заранее «вручную».