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

Сокращенное название квантовой хромодинамики. См. также: Хромодинамика.

КЭД

Сокращенное название квантовой электродинамики. Это версия электродинамики, включающей квантовую теорию. Полям в ней свойственны спонтанные флуктуации (виртуальные фотоны), а их возмущения проявляются в виде дискретных, частицеподобных единиц (реальные фотоны). См. также: Электродинамика, Фотон, Квантовое поле.

Лептон

e (электрон), μ (мюон), (тау-лептон), а также соответствующие им нейтрино. Эти частицы несут нулевой цветной заряд. Частицы e, μ и имеют один и тот же электрический заряд –e. (Да, я понимаю, что один и тот же символ используется для обозначения разных вещей. Если подумать, то это часто бывает с буквами.) Нейтрино несут нулевой электрический заряд. Все они участвуют в слабых взаимодействиях.

Существуют очень хорошие (но не совершенные) законы сохранения, согласно которым разность общего числа электронов и антиэлектронов, плюс разность общего числа электронных нейтрино и антинейтрино не меняется со временем (несмотря на то что отдельные числа могут изменяться), то же касается частиц μ и. Например, при распаде мюона конечным продуктом является электрон, мюонное нейтрино и электронное антинейтрино. И начальное состояние, и конечное состояние имеют мюонное лептонное число 1 и электронное лептонное число 0. Эти «законы сохранения лептонного числа» нарушаются явлением нейтринных осцилляций. Небольшое нарушение закона сохранения лептонного числа было предсказано едиными теориями. Его наблюдение побуждает нас считать, что эти теории развиваются в правильном направлении. См. также: Нейтрино.

Локальная симметрия

Симметрия, поддерживающая независимые преобразования в разных областях пространства-времени. Локальная симметрия — очень мощное требование, которому соответствуют далеко не все уравнения. И наоборот, принимая локальную симметрию, мы приходим к вполне конкретным уравнениям, вроде уравнений Максвелла и Янга — Миллса. Именно эти уравнения характеризуют Центральную теорию и мир. Локальная симметрия также называется калибровочной симметрией по интересным, но неясным историческим причинам. См. также: Симметрия, Уравнения Максвелла, Уравнения Янга — Миллса.

Масса

Свойство частицы или системы, являющееся мерой ее инерции (то есть масса частицы показывает нам, насколько трудно изменить ее скорость). На протяжении веков ученые считали, что масса сохраняется, но теперь мы знаем, что это не так.

Масса без массы

Концепция, реализованная в современной физике, согласно которой объекты с ненулевой массой могут создаваться из строительных блоков с нулевой массой.

Мезон

Тип сильно взаимодействующей частицы, или адрона. См. также: Адрон.

Метрическое поле

Поле, которое можно рассматривать как определяющее единицы для измерения времени и расстояния (во всех направлениях) в точке пространства-времени. Таким образом, само пространство содержит линейки и часы для его измерения. Обычные линейки и часы переводят эту основополагающую структуру в доступные формы. Материя влияет на метрическое поле, и наоборот. Их взаимодействие описывается общей теорией относительности и порождает наблюдаемую силу гравитации. См. также: Общая теория относительности.

Нейтрино

Вид элементарной частицы, которая не имеет ни электрического, ни цветного заряда. Нейтрино представляют собой фермионы со спином 1/2. Существует три разных типа или аромата нейтрино, связанных с тремя ароматами заряженных лептонов (электронов — е, мюонов — μ и тау-лептонов —). В процессах слабого взаимодействия заряженные лептоны и их античастицы могут быть преобразованы в нейтрино и их античастицы, но всегда с сохранением лептонных чисел. (См.: Лептоны.) Солнце обильно испускает нейтрино, но их взаимодействия настолько слабы, что почти все они свободно проходят сквозь Солнце, не говоря уже о Земле, когда оказывается на их пути. Тем не менее в ходе смелых экспериментов

была обнаружена малая доля нейтрино, которые все-таки провзаимодействовали с детектором. Недавно было установлено, что различные типы нейтрино при их распространении на большие расстояния осциллируют, переходя из одной формы в другую (например, электронное нейтрино может превращаться в мюонное нейтрино). Такие колебания нарушают лептонные законы сохранения. Их существование и приблизительная величина согласуются с предусмотренными едиными теориями.

Нейтрон

Легко опознаваемая комбинация кварков и глюонов, а также важный компонент обычной материи. Отдельные нейтроны являются неустойчивыми; они распадаются на протон, электрон и электронное антинейтрино со временем жизни около 15 минут. Тем не менее нейтроны, связанные в ядра, могут быть стабильными. Ср. с Протоном.

Общая теория относитель-ности

Теория гравитации Эйнштейна, основанная на идее искривленного пространства-времени, или, иначе говоря, на метрическом поле. В полевой формулировке общая теория относительности в широком смысле напоминает электромагнетизм. Но, в то время как электромагнетизм основан на отклике электрических и магнитных полей на заряды и токи, общая теория относительности основана на отклике метрического поля на энергию и импульс. См. также: Метрическое поле.

Обычное вещество

Физическое вещество, изучаемое в биологии, химии, материаловедении и технике, а также в большей части астрофизики. Это вещество, из которого состоят люди, их домашние животные и машины. Обычное вещество состоит из u- и d-кварков, электронов, глюонов и фотонов. У нас есть точная и удивительно полная теория, описывающая обычное вещество: Центральная теория.

Планковские единицы измерения

Единицы измерения длины, массы и времени, полученные на основе значений величин, которые присутствуют в физических законах, а не на основе эталонных объектов. Таким образом, не нужен ни стандартизированный эталон метра (или королевская конечность) для сравнения длин, ни вращающаяся Земля для отслеживания времени, ни эталон килограмма. Вместо этого планковские единицы измерения создаются путем возведения в степень и деления скорости света (c), постоянной Планка (h) и постоянной Ньютона (G), которая фигурирует в уравнениях для гравитации. Единицы Планка не используются в практической работе: планковские единицы длины и времени абсурдно малы; планковская единица массы абсурдно велика в масштабах атома, но очень мала в человеческих масштабах. Тем не менее планковские единицы имеют большую теоретическую важность. Они ставят задачу вычисления таких чисто числовых величин, как масса протонов в единицах Планка (поскольку вычислить массу стандартного килограмма невозможно, «проблема» вычисления массы протона в килограммах является плохо обусловленной).