 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
162
распространяется и на мезоны, состоящие из пары кварк — антикварк. Поскольку антикварк
характеризуется антицветом, такая комбинация заведомо бесцветна («белая»), например красный
кварк в комбинации с антикрасным кварком образует бесцветный мезон.
С точки зрения квантовой хромодинамики (квантовой теории цвета) сильное взаимодействие есть
не что иное, как стремление поддерживать определенную абстрактную симметрию природы: со-
хранение белого цвета всех адронов при изменении цвета их составных частей *. Квантовая
хромодинамика великолепно объясняет правила, которым подчиняются все комбинации кварков,
взаимодействие глюонов между собой (глюон может распадаться на два глюона или два глюона
слиться в один — поэтому и появляются нелинейные члены в уравнении глюонного поля),
взаимодействие кварков и глюонов (кварки покрыты облаками глюонов и кварк-антикварковых пар),
сложную структуру адрона, состоящего из «одетых» в облака кварков, и др.
* Лептоны, фотоны и промежуточные бозоны (W- и Z-частицы) не несут света, а поэтому не участвуют в сильном
взаимодействии.
Возможно, пока преждевременно оценивать квантовую хромодинамику как окончательную и
завершенную теорию сильного взаимодействия, но экспериментальный статус ее достаточно прочен и
достижения многообещающи.
10.3.5. На пути к Великому объединению
С созданием квантовой хромодинамики появилась надежда на построение единой теории всех (или
хотя бы трех из четырех) фундаментальных взаимодействий. Модели, единым образом описывающие
хотя бы, три из четырех фундаментальных взаимодействий, называются моделями Великого
объединения. Теоретические схемы, в рамках которых объединяются все известные типы
взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное) называются моделями
супергравитации.
Опыт успешного объединения слабого и электромагнитного взаимодействий на основе идеи
калибровочных полей подсказал возможные пути дальнейшего развития принципа единства физики,
объединения фундаментальных физических взаимодействий. Один из них основан на том
удивительном факте, что константы взаимодействия электромагнитного, слабого и сильного
взаимодействий становятся равными друг другу при одной и той же энергии. Эту энергию называли
энергией объединения. При энергии более 10
14
ГэВ, или на расстояниях 10
-29
см, сильные и слабые
взаимодействия описываются единой константой, т. е. имеют общую природу. Кварки и лептоны здесь
практически не различимы.
В 70—90-е гг. было разработано несколько конкурирующих между собой теорий Великого
объединения. Все они основаны на одной и той же идее. Если электрослабое и сильное
взаимодействия в действительности представляют собой лишь две стороны Великого единого
взаимодействия, то последнему также должно соответствовать калибровочное поле с некоторой
сложной симметрией. Она должна быть достаточно общей, способной охватить все калибровочные
симметрии, содержащиеся и в квантовой хромодинамике, и в теории электрослабого взаимодействия.
Отыскание такой симметрии — главная задача на пути создания единой теории сильного и
электрослабого взаимодействия. Существуют разные подходы, порождающие конкурирующие
варианты теорий Великого объединения.
Тем не менее все эти гипотетические варианты Великого объединения имеют ряд общих
особенностей. Во-первых, во всех гипотезах кварки и лептоны — носители сильного и электрослабого
взаимодействий — включаются в единую теоретическую схему. До сих пор они рассматривались как
совершенно различные объекты. Во-вторых, привлечение абстрактных калибровочных симметрий
приводит к открытию новых типов полей, обладающих новыми свойствами, например способностью
превращать кварки в лептоны.
В простейшем варианте теории Великого объединения для превращения кварков в лептоны
требуется двадцать четыре поля. Двенадцать из квантов этих полей уже известны: фотон, две W-
частицы,
Z-частица и восемь глюонов. Остальные двенадцать квантов — новые сверхтяжелые
промежуточные бозоны, объединенные общим названием Х-
и У-частицы (обладающие цветом и
электрическим зарядом). Эти кванты соответствуют полям, поддерживающим более широкую
калибровочную симметрию и перемешивающим кварки с лептонами. Следовательно, Х- и У-частицы