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

Сильное взаимо-действие

Одно из четырех фундаментальных взаимодействий. Сильное взаимодействие связывает кварки и глюоны в протоны, нейтроны и другие адроны, а также удерживает вместе протоны и нейтроны, образующие атомные ядра. Большая часть того, что наблюдается на ускорителях высоких энергий, представляет собой результат сильного взаимодействия.

Симметрия

Симметрия имеет место, когда существуют различия, которые не имеют никакого значения. То есть объект или набор уравнений демонстрирует симметрию, когда вы можете сделать с ними то, что могло бы их изменить, но на самом деле этого не происходит. Таким образом, равносторонний треугольник имеет симметрию при повороте на 120° вокруг своего центра, в то время как неравносторонний треугольник ее не имеет.

Скорость

Темп изменения положения.

Слабая сила (или взаимо-действие)

Наряду с гравитацией, электромагнетизмом и сильным взаимодействием представляет собой одно из фундаментальных взаимодействий Природы. Эта сила также известна как слабое взаимодействие. Наиболее важным эффектом слабого взаимодействия является возможность преобразований между различными типами кварков и различными типами лептонов (но не преобразований кварков в лептоны или наоборот. Эти гипотетические кварк-лептонные преобразования возникают только в единых теориях). Слабое взаимодействие движет многими радиоактивными распадами и некоторыми критически важными реакциями горения звезд.

Сокращение Фицдже-ральда — Лоренца

Эффект, при котором структуры в движущемся теле кажутся неподвижному наблюдателю сжатыми (укороченными) в направлении движения. Фицджеральд и Лоренц постулировали этот эффект, чтобы объяснить некоторые наблюдения в электродинамике движущихся тел. Эйнштейн показал, что сжатие Фицджеральда — Лоренца является логическим следствием буст-симметрии в форме, предложенной уравнениями Максвелла, то есть специальной теории относительности.

Спин

Спин элементарной частицы является мерой ее углового момента. Угловой момент, в свою очередь, представляет собой сохраняющуюся величину, которая имеет почти такое же отношение к вращениям в пространстве, как (обычный) импульс к перемещениям в пространстве. См.: Импульс.

Спином элементарной частицы является либо целое число, либо целое число + 1/2 × h / 2π, где h — постоянная Планка. В классической механике угловой момент тела является мерой углового движения этого тела.

Величина спина является стабильной характеристикой для частиц каждого типа. Принято говорить, что лептоны и кварки имеют спин 1/2, поскольку их спин равен 1/2 × h / 2π. Протоны и нейтроны также имеют спин 1/2. Фотоны, глюоны, W- и Z-бозоны имеют спин 1. Пи-мезоны и гипотетическая частица Хиггса имеют спин 0. Поляризация света является физическим проявлением спина фотона.

Угловой момент изолированного тела сохраняется. Для изменения углового момента необходимо применить крутящий момент. Быстро вращающиеся гироскопы имеют большой угловой момент, и этот факт в значительной степени ответственен за их необычную реакцию на силы.

Спонтанное нарушение симметрии

Когда устойчивые решения системы уравнений имеют меньшую симметрию, чем сами уравнения, мы говорим, что симметрия спонтанно нарушена. Это может произойти, когда энергетически выгодным становится формирование конденсата или фонового поля, как говорилось в главе 8 и приложении Б. Тогда устойчивое решение будет предполагать, что пространство заполнено веществом, свойства которого изменяются при некоторых (прежних) преобразованиях симметрии. Таким образом, такое преобразование больше не является отличием без различия — теперь оно действительно имеет значение! Связанная с ним симметрия была спонтанно нарушена.

Знакомым и простым примером спонтанного нарушения симметрии является соглашение о вождении автомобиля по одной стороне дороги. Не имеет значения, по какой стороне дороги движутся автомобили, пока все водители делают одно и то же. Если одни люди будут ездить по левой стороне, а другие по правой, то эта ситуация будет нестабильной. Разумеется, в разных странах, например в США и Великобритании, выбор стороны дороги может быть различным.

Стандартная модель

Термин, призванный сделать так, чтобы одно из величайших интеллектуальных достижений человечества показалось скучным. Его иногда используют для обозначения электрослабой части Центральной теории, а иногда он подразумевает как электрослабую теорию, так и КХД.

Струя

Четко различимая группа частиц, движущихся почти в одном направлении. Струи частиц часто наблюдаются как продукты высокоэнергетических столкновений на ускорителях. Асимптотическая свобода позволяет интерпретировать струи в качестве видимых проявлений кварков, антикварков и глюонов, скрытых на нижележащем уровне.

Суперсим-метрия

Новый тип симметрии. Суперсимметрия определяет преобразования между частицами, имеющими одни и те же заряды, но разные спины. В частности, она позволяет нам воспринимать бозоны и фермионы, несмотря на их радикально отличающиеся физические свойства, в качестве различных представлений одной и той же сущности. Суперсимметрия может быть понята как буст-симметрия в суперпространстве, расширение пространства-времени для учета дополнительных квантовых измерений.

Наши существующие уравнения Центральной теории не поддерживают суперсимметрию, но их можно расширить так, чтобы они ее поддерживали. Новые уравнения предсказывают существование многих новых частиц, ни одна из которых еще не наблюдалась. Необходимо постулировать некоторую форму сверхпроводимости Сетки, чтобы сделать тяжелыми многие из этих частиц. Хорошая новость заключается в том, что новые частицы в их виртуальной форме поддерживают успешное количественное объединение сил, как описано в главе 20. Одна из новых частиц могла бы стать хорошим кандидатом на звание источника темной материи. Ускоритель БАК должен быть достаточно мощным, чтобы произвести некоторые из новых частиц, если они существуют.

СЦЛУ

Сокращенное название Стэнфордского центра линейного ускорителя, средства, которое сыграло ключевую роль в создании Центральной теории. Здесь Фридман, Кендалл, Тейлор и их соратники сфотографировали при высоком разрешении и короткой выдержке внутреннюю структуру протонов, что открыло путь к КХД. Ускоритель электронов длиной более трех километров, который они использовали, фактически представлял собой ультрастробоскопический наномикроскоп.

Темная материя

Астрономические наблюдения показывают, что большая часть массы Вселенной, около 25 % от общей массы, распределена гораздо более равномерно по сравнению с обычным веществом и совершенно прозрачна. Галактики, состоящие из обычного вещества, окружены обширными ореолами темной материи. Вес этого ореола примерно в пять раз превышает вес видимой галактики. Сгустки темной материи могут также существовать сами по себе. Интересными кандидатами на звание источника темной материи являются вимпы (от англ. WIMP, Weakly Interacting Massive Particle — слабо взаимодействующие массивные частицы), связанные с суперсимметрией, или аксионы. См. также: Суперсимметрия, Аксион.