Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил - Фрэнк Вильчек

Античастица данной частицы имеет ту же массу и спин, что и эта частица, но противоположное значение электрического заряда и других сохраняющихся величин. Исторически первыми обнаруженными античастицами были антиэлектроны, также известные как позитроны. Они были теоретически предсказаны Дираком и впоследствии наблюдались Карлом Андерсоном в космических лучах. Важным следствием квантовой теории поля является то, что для каждого вида частиц существует соответствующая античастица. Фотон является

своей собственной античастицей; это возможно, поскольку фотоны электрически нейтральны. Пары «частица — античастица» могут иметь нулевые значения всех сохраняющихся квантовых чисел; таким образом, они могут быть получены из чистой энергии, а также могут возникать спонтанно в качестве квантовых флуктуаций (виртуальных пар).

Аромат

В современной физике это малопонятное свойство кварков и лептонов; он имеет три возможных значения и не зависит от зарядов частиц. Например, существует три различных аромата U-кварков — u (верхний), c (очарованный) и t (истинный). Каждый из них имеет один и тот же электрический заряд 2e/3 и одну единицу цветного заряда (красного, белого или синего). Кроме того, существует три аромата D-кварков — d (нижний), s (странный) и b (прелестный), они также соответствуют трем цветам, а их электрический заряд равен –e/3. Существует также три аромата лептонов — е (электрон), μ (мюон), (тау-лептон), которые имеют электрический заряд –е, но не имеют никакого цветного заряда, и, наконец, есть три вида нейтрино, не имеющих ни электрического, ни цветного заряда. В каждой из этих групп частицы с различным ароматом участвуют в одинаковых взаимодействиях, описываемых Центральной теорией. Они различаются по массе, иногда очень значительно (например, t-кварк по меньшей мере в 35 000 раз тяжелее u-кварка). Слабые взаимодействия делают возможными преобразования одних ароматов в другие. Не существует хорошего теоретического объяснения того, почему массы таковы, каковы они есть.

Несмотря на то что W-бозоны меняют ароматы, было бы неверно думать, что аромат играет ту же роль в слабых взаимодействиях, что и цвет в сильном взаимодействии. W-бозоны реагируют не непосредственно на свойство аромата, а на другую пару зарядов, которые я назвал

слабыми цветными зарядами. W-бозоны меняют ароматы, так сказать, ради забавы; это не то, что ими руководит. Причины возникновения трех комплектов частиц с одинаковыми наборами зарядов и соответствующих каждому комплекту правил смены аромата, по которым играют W-бозоны, остаются глубокой тайной.

Асимптоти-ческая свобода

Концепция, согласно которой сильное взаимодействие становится слабее на малых расстояниях. Если конкретнее, то эффективные цветные заряды, которые регулируют мощность сильного взаимодействия, уменьшаются на малых расстояниях. Другими словами, величина данного изолированного цветного заряда увеличивается с увеличением расстояния. Физически это происходит потому, что источник заряда индуцирует облако виртуальных частиц, которое антиэкранирует его. Следствием асимптотической свободы является то, что излучение быстро движущегося цветного заряда, который движется в том же направлении (мягкое излучение), встречается часто, а излучение, которое изменяет общее направление потока, — редко. Мягкое излучение предоставляет кваркам партнеров, с которыми они могут соединиться, образуя адроны; однако общий поток подчиняется закономерности, заданной лежащими в основе кварками (а также антикварками и глюонами). Таким образом, мы «видим» кварки и глюоны не как отдельные частицы, а в виде струй, которые они индуцируют. В случае кварков мы можем иметь все и сразу. См. также: Заряд без заряда, Струя.

БАК

Сокращенно от «Большой адронный коллайдер». БАК располагается в старом туннеле коллайдера БЭПК в ЦЕРНе. Он использует протоны вместо электронов и позитронов и достигает более высоких уровней энергии. Будет удивительно, если на ускорителе БАК не произойдут великие открытия. Как минимум мы должны выяснить, что делает Сетку оригинальным сверхпроводником.

Барион

Один из двух основных классов сильно взаимодействующих частиц (адронов). Грубо говоря, барионы можно рассматривать как частицы, сформированные из трех кварков. Точнее, они являются результатом достижения равновесия между тремя кварками и Сеткой. Полная волновая функция для бариона содержит, помимо трех кварков, произвольное количество пар кварк — антикварк и глюонов. Протоны и нейтроны, строительные блоки атомных ядер, являются барионами. См. также: Адрон.

Бозон

Квантовая теория, а точнее, квантовая теория поля придает новый смысл понятию о двух абсолютно одинаковых или неразличимых объектах. Если у вас есть, скажем, два фотона в состояниях A и B в данный момент и два фотона в состояниях A' и B' в более поздний момент, нельзя сказать, что имел место переход A A', B B' или A B', B A'. Необходимо учитывать обе возможности. В случае бозонов амплитуды вероятности складываются, в случае фермионов — вычитаются. Фотоны являются бозонами. Следствием будет то, что фотоны стремятся перейти в одно и то же состояние, так как амплитуды вероятности таких переходов удваиваются. Этот эффект используется в лазерах. Фотоны, глюоны, W и Z являются бозонами, как и мезоны и гипотетическая частица Хиггса. Мы часто говорим, что бозоны подчиняются статистике Бозе, или статистике Бозе — Эйнштейна, названной так в честь пионеров физики, которые разъяснили последствия этого поведения для систем, содержащих много одинаковых частиц.

Буст-повышение (нечасто упоминаемый, но живой термин)

Преобразование, которое заставляет систему, включая все ее компоненты, двигаться с постоянной скоростью. Современный взгляд на специальную теорию относительности заключается в том, что она постулирует буст-симметрию. Таким образом, законы физики должны выглядеть одинаково после такого преобразования.