ФИЗИКА ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?

Когда поднялась шумиха с большим адронным коллайдером, вы тоже, наверное, удивились. Почему физикам-элементарщикам так захотелось обнаружить бозон Хиггса экспериментальным путем? Ведь в любом крупном исследовательском ускорителе рождается хотя бы пара новых частиц, и ни одна из них ещё не смогла поколебать принятую модель фундаментальных взаимодействий.

Все дело в том, что поле Хиггса в современной теории электрослабых сил играет достаточно важную роль, и если оно так и не будет открыто экспериментально, ученым придется серьезно пересмотреть принятую модель. Для того чтобы понять, какова эта роль, нам стоит проследить историю создания теории, потому что предпосылки для введения знаменитого бозона появляются в ней еще на ранних этапах развития. Современные ученые, работающие в области фундаментальных исследований, часто используют абстракции такого высокого уровня, что обывателю бывает сложно понять, как они связаны с реальностью. Однако такая связь существует (а иначе теории были бы пустой болтовней), а значит, ее можно отыскать.

В написании лагранжиана для каждого конкретного случая состоит основная работа физиков-теоретиков. Им нужно создать функцию, которая будет удовлетворять некоторым условиям (их обычно формулируют исходя из здравого смысла), кроме того, она должна поддаваться физической интерпретации. Каждое слагаемое, входящее в состав лагранжиана, имеет определенный смысл: оно может описывать частицу или поле или взаимодействие каких-то частиц или полей.
Таким образом математика неразрывно связана с реальностью: если в нашей функции после преобразований объявилось что-то новенькое, значит, пора поискать это что-то на опыте. Хорошая теория помимо аккуратного объяснения уже открытых явлений может предсказать новые эффекты, которые только потом будут открыты на эксперименте. Например, на основании математических построений Вольфганг Паули предсказал существование нейтрино еще в 1930 году, а экспериментально эту частицу открыли только четверть века спустя.

Когда хорошо работающая, неоднократно подтвержденная теория вдруг сталкивается с трудностями, ученые не торопятся выбрасывать ее на математическую свалку. Сначала они пытаются ее переработать и улучшить и только потом, если ничего не помогает, берутся за разработку новых моделей. Зачастую в процессе работы оказывается, что математика, которую пытались применять в данном случае, не совсем подходит для описания системы. Подыскав новую, более подходящую математическую форму, физики подлатывают свою модель, и та снова становится работоспособной.

Так произошло и в теории слабого взаимодействия с той самой теории, из которой и появился наш загадочный бозон): долгое время ее математическую форму модернизировали и совершенствовали, вводя все новые абстракции, прежде чем она стала пригодной для описания физики.

Слабое взаимодействие (слабые силы) — один из четырех видов взаимодействия. Процессы, протекающие за счет этого взаимодействия, происходят очень редко, с малой вероятностью, поэтому его назвали слабым. Тем не менее в нем участвуют все частицы без исключения и оно отвечает за большое число известных сегодня ядерно-физических процессов: за ядерный бета-распад, многие распады элементарных частиц, нейтринные реакции. Стоит упомянуть и о том, что процессы ядерного синтеза на солнце происходят за счет слабого взаимодействия.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: