Теория бозонных струн и её следствия

Почему ей так много внимания?

В 1820-м Ганс Эрстед обнаружил, что рядом с проводником электрического тока откроняется стрелка магнитного компаса, а в 1831-м году Фарадей обнаружил, что перемещающийся возле проводника магнит порождает электрический ток в нём. В 1855-1864 Максвелл подвёл под это математический аппарат и объяснил наличие связи и, в целом, существование единого электромагнитного поля.

И молвил Бог:

да будет свет! //уравнения Максвелла в интегральной форме.

в итоге, магнитные и электрические явления - частные случаи электромагнетизма. всё встало на свои места в единое явление.

собственно, в этом самая важная суть науки. построение всё более глубокого, общего и единого фундамента, описывающего разные с виду явления. методологически это можно разбить на анализ (разделение на составляющие и изучение составляющих) и потом синтез (соединение составляющих для общего фундаментального вывода). Именно синтез докапывается и поясняет суть деталей, объединяя их в единую картину. В этом и научная заслуга Максвелла. В принципе, фундаментализировать явления можно и в гуманитарной науке. Например в статье "Аналитика идеологий" изучены составляющие идеологий и сделан вывод о единой общности - смена идеологий есть следствие потребности постепенно удовлетворять всё более высокие потребности человеческой психики, эдакая общественная пирамида Маслова.

К 1934-му Энрико Ферми сформулировал теорию слабого взаимодействия, развитую в 1954г Мюрреем Джелл-манном и Ричардом Фейнманом. Взаимодействие осуществляется через промежуточные векторные бозоны W^–, W⁺, Z⁰. С помощью диаграммы фейнмана в случае нейтрона можно изобразить это так:

состав нейтрона - три кварка - udd. d-кварк испускает W^–-бозон, превращаясь в u-кварк. W^–-бозон потом распадается на электрон и антинейтрино. Это и есть бета-распад, нам он встречался в статьях про замкнутый ядерный топливный цикл, где происходит такая цепочка:

вторая и третья ядерная реакция - это бета распад. нейтрон превращается в протон, а значит порядковый номер элемента из таблицы менделеева увеличивается на единицу.

В 1954-м году Чженьин Янг и Роберт Миллс показали, что в общем случае взаимодействия в теории поля осуществляются только через безмассовые частицы, как например фотон. Кванты полей Янга-Миллса (т.е. переносчики взаимодействий) в теории получались исключительно безмассовыми, поэтому у этой теории предполагался только математический интерес и не представлялось, что она имеет отношения к слабому взаимодействию. Дело в том, что радиус слабого взаимодействия мал, порядка 10^-18 метра, что говорит о том, что частицы-переносчики не то что безмассывыми быть не могут, а должны иметь огромную массу. Дело в том, что обмен при взаимодействиях происходит "виртуальными" частицами, которые берутся "из ниоткуда" и квантовая механика наложила ряд ограничений на них: рождение и обмен частиц "из ниоткуда" должны подчиняться соотношению неопределенностей Гейзенберга, которое в нашем случае запишется в виде ΔE*Δt≥h, которое в нашем случае будет означать, что квантовая механика разрешает рождение "из ничего" частицы с массой покоя не более E (вспоминаем про E=mc²) на время не более t, если их произведение окажется меньше постоянной планка. И т.к. радиус слабого взаимодействия очень мал, то это потому что допустимое время малО, что указывает на огромную массу частицы-переносчика.

Однако в 1964 Питер Хиггс предложил воплотить в реальную физику теорию Янга-Миллса с помощью некоего скалярного поля, взаимодействие с которым и придаст массу переносчикам слабого взаимодействия. Таким образом все довольны - исходная масса бозонов W^–, W⁺, Z⁰ остаётся равной нулю и дружит с теорией Янга-Миллса, а масса, приобретаемая при взаимодействии с полем Хиггса удовлетворяет малому радиусу взаимодействия.

В 1967-м Вайнберг и Салам обнаружили "на кончике пера", что электромагнитное взаимодействие изначально ничем не отличается от слабого взаимодействия, но только вследствие спонтанного нарушения симметрии промежуточные векторные бозоны (переносчики слабого взаимодействия) в определенных условиях не отличаются от фотонов (переносчиков электромагнитного взаимодействия). А там где отличаются, там они всего лишь разные состояния одной и той же частицы.