Модель Глэшоу

При построении своей модели Глэшоу воспользовался идеями Ферми, однако его взаимодействие не было контактным — его должны были переносить несколько частиц-переносчиков, мысли о существовании которых в то время тоже висели в воздухе. Основная заслуга Глэшоу была в том, что он смог придать стройную математическую форму этим разрозненным идеям.

Это была первая работоспособная теория такого плана, однако она имела один серьезный недостаток. В модели Глэшоу частицы-переносчики не должны были обладать массой: на этом постулате держалась калибровочная симметрия — фундамент всей теории, это же было залогом отсутствия расходимостей, из-за которых ученым пришлось отказаться от модели Ферми. В то же время результаты экспериментов ясно указывали на то, что переносчики слабого взаимодействия должны быть весьма массивными — порядка 100 ГэВ. Хотя непосредственно во время экспериментов они не наблюдались, такие выводы можно было сделать по многочисленным косвенным измерениям.

Итак, массу нельзя было добавить в теорию «руками», поправив в лагранжиане соответствующее слагаемое, поскольку это разрушало симметрию и возвращало в стройную теорию Глэшоу расходимости.

Нужно было сделать так, чтобы с появлением у переносчиков слабых сил массы в лагранжиане начинали расти дополнительные слагаемые, вклад которых мог бы компенсировать расходимости. Эти дополнительные слагаемые, которые ученые добавили в теорию, чтобы избавить теорию от бесконечностей, можно интерпретировать как поля (сегодня мы называем их Хиггсовскими).

Таким образом, массы у частиц появляются только при сравнительно низких энергиях, таких, при которых мы их и наблюдаем (даже самым мощным современным ускорителям доступны чрезвычайно малые по космическим масштабам энергии). Частицы с очень высокой энергией, такой, какая была у них сразу после рождения Вселенной, были безмассовыми. Потом, с расширением Вселенной, частицы теряли свою энергию и в конце концов стали массивными — нарушение симметрии в теории при этом произошло как бы само по себе (ученые говорят — спонтанно).

Теоретический аппарат для механизма спонтанного нарушения симметрии разработали Питер Хиггс, Роберт Браут, Франсуа Энглэ и другие физики в середине 1960-х годов. А уже к концу 70-х Стивен Вайнберг и Абдас Салам независимо друг от друга сформулировали обновленную теорию электрослабого взаимодействия. Так же как и Глэшоу, они воспользовались калибровочными полями Янга — Миллса, кроме того, они включили в свою модель разработанный Хиггсом механизм, чтобы сделать переносчиков массивными.

Вопрос о том, появляются ли расходимости в новой модели и можно ли от них избавиться, оставался открытым до тех пор, пока в начале 70-х годов Хоофт и Велтман не сумели перенормировать теорию Вайнберга — Салама. После трудоемких машинных вычислений выяснилось, что расходимостей в новой теории не возникает.

Теперь общую модель электрослабых взаимодействий оставалось только проверить на практике. Сначала в 1973 году на эксперименте по рассеянию нейтрино были обнаружены слабые процессы, протекающие без изменения заряда частиц, — так называемые слабые токи, которые предсказывала еще модель Глэшоу. А через десять лет на ускорителе SPS (Super Proton Synchrotron — суперпротонном синхротроне) в CERN ученые смогли непосредственно познакомиться с переносчиками слабых сил — W- и Z-бозонами.

На сегодняшний день рождение W- и Z-бозонов наблюдалось в большом количестве разных экспериментов, так что уже не возникает никаких сомнений в достоверности модели Вайнберга — Салама — Глэшоу (по крайней мере, той ее части, которая не касается появления поля Хиггса).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: