Диалоги (апрель 2003 г.)

В самой верхней части этой картинки показано наше общее представление о веществе. Как все мы хорошо знаем, вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы состоят из ядер, вокруг которых вращаются электроны, расположенные на определённых электронных оболочках. А ядра образованы из так называемых адронов – в основном, это протоны и нейтроны. Каждый из протонов и нейтронов, в свою очередь, состоит из ещё более мелких частиц, которые называются кварки. И эти кварки склеены внутри протона или нейтрона за счёт так называемых сильных взаимодействий, которые осуществляются путём обмена между этими кварками и антикварками частицами, которые называются глюоны, от английского слова Glue – клей. Вот эти глюоны склеивают кварки между собой в адроны.

Мы все знаем очень хорошо, что в природе существуют четыре вида сил. Это мы все знаем с наших школьных лет – это сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные взаимодействия. О сильных взаимодействиях мы буквально только что упомянули, и с точки зрения Стандартной Модели, это силы, осуществляемые посредством обмена глюонами, именно это и есть фундаментальные сильные взаимодействия.

Те же взаимодействия, которые в ядре приводят к тому, что протоны и нейтроны удерживаются внутри ядер, так называемые ядерные силы – это уже как бы вторичные по отношению к тем первичным фундаментальным сильным взаимодействиям силы. Ядерные силы возникают из-за того, что протоны и нейтроны – это протяжённые объекты. И каждый кварк обладает так называемым цветом – это специальное квантовое число или заряд, и, собственно говоря, обладание этим зарядом и приводит к взаимодействию посредством обмена глюоном. Следующий вид взаимодействий – это взаимодействия электромагнитные, которые все мы хорошо знаем из повседневной жизни. Их роль – образовывать атомы, притягивая электроны и ядра друг к другу. Взаимодействие, менее известное для широкой аудитории, но, конечно, очень хорошо известное специалистам – это слабое взаимодействие, которое ответственно за то, что ряд частиц в природе нестабилен, в частности, нейтрон. Если нейтрон находится в свободном состоянии, он распадается в протон, электрон и электронное антинейтрино, но внутри ядер ему энергетически более выгодно оставаться свободным, оставаться нераспавшимся, потому что это наиболее выгодная энергетическая конфигурация.

И.В. Здесь проявляется взаимодействие электромагнитных и слабых сил, потому что если электрон станет протоном в ядре, то взаимодействие одинаково заряженных протонов приведёт к увеличению энергии ядра.

Э.Б. Приведёт к увеличению энергии, поэтому в ядре нейтрон стабилен, и может показаться, что слабые взаимодействия вроде бы и не очень-то важны. Но оказывается, что слабые взаимодействия крайне важны, и в частности, процессы на Солнце, например, углеродно-водородный солнечный цикл, главный солнечный цикл, имеет свою первооснову в слабых взаимодействиях. Таким образом, слабые взаимодействия приводят к выделению энергии на Солнце. Если бы этой энергии не было, то и мы бы тут вряд ли существовали бы.

И последний вид сил, которые окружают нас – это гравитационные взаимодействия, уникально слабые по сравнению со всеми остальными видами взаимодействий. Строго говоря, гравитационные взаимодействия в схему Стандартной Модели не вписываются и это одна из проблем Стандартной Модели.

А.Г. Что мешает создать единую теорию.

Э.Б. Абсолютно правильно. Мешает и то, что это уникально слабая сила по сравнению с другими. Это, собственно говоря, и составляет проблему – как эту силу тоже включить в единую схему. Современные представления, в частности, о дополнительных измерениях, о которых у нас сегодня в основном будет идти разговор – это одна из схем, позволяющих и гравитационные силы рассмотреть с единых позиций более-менее.

И.В. Я бы хотел ещё добавить, что Стандартная Модель уже в каком-то смысле есть объединённая теория. Пока гравитационные взаимодействия вообще не входят в Стандартную Модель, но считается, что в Стандартную Модель входят сильные взаимодействия, электромагнитные и слабые. Так вот электромагнитные взаимодействия уже входят в Стандартную Модель некоторым объединённым образом…

Э.Б. Со слабыми взаимодействиями.

И.В. Со слабыми взаимодействиями, да, и эти взаимодействия получили название электрослабых. Поэтому Стандартная Модель – это уже какой-то шаг по пути объединения, и желательно двигаться дальше в этом направлении.

Э.Б. Всё зависит от того энергетического масштаба, на котором мы смотрим на эти силы. То понятие, которое нам потребуется сегодня – это ГэВ. ГэВ – это 10 в 9-й электрон-Вольт. И, в частности, в этих единицах измеряются массы протона и нейтрона, это грубая оценка, но, тем не менее, она вполне достаточна для нас.

И.В. Масса протона и нейтрона – это примерно один вес.