В основе идеи объединения различных взаимодействий лежит зависимость констант, слабого электромагнитного и сильного взаимодействий от расстояния. Из рис.1,3 видно как появляется такая зависимость. На рис. 1 показан механизм экранировки электрического заряда электрона. Причина экранировки состоит в следующем: электрон может испускать виртуальные фотоны, которые в свою очередь могут превращаться в электрон - позитронные пары e + e - , пару μ+μ-, пару мезонов π+π-, K+K- и т.д. В результате взаимодействия отрицательно заряженного электрона с виртуально образующимися парами частиц происходит их поляризация (поляризация вакуума). Притяжение между противоположно заряженными частицами приводит к экранировке отрицательного заряда исходного электрона положительно заряженными e+, μ+, π+-мезонами, располагающимися преимущественно ближе к электрону. Поэтому, при приближении пробного заряда к электрону, он будет чувствовать распределение поля виртуальных частиц. Т. е. величина измеренного заряда будет зависеть от расстояния между пробной частицей и электроном. Это называется в квантовой электродинамике экранировкой электрического заряда. Теоретические расчеты показывают, что с уменьшением расстояния величина наблюдаемого заряда растет, что и приводит к увеличению константы электромагнитного взаимодействия.
 Рис. 1. Механизм экранировки электрического заряда |
 Рис. 2. Экранировка электрического заряда |
При экранировке цветового заряда кварка в хромодинамике вокруг цветного кварка образуется поле виртуальных глюонов и кварк - антикварковых пар (рис. 3). Однако в квантовой хромодинамике в распределении цветового поля имеются существенные отличия. Т.к. глюоны имеют цветовой заряд, они взаимодействуют не только с кварками, но и с друг другом, что существенно меняет распределение цветового заряда вокруг кварка. Цветной кварк оказывается окружен преимущественно зарядами того же цвета. Поэтому, например, при приближении пробного цветового заряда к красному кварку он проникает внутрь облака красного цвета и, следовательно, величина измеренного красного заряда уменьшается - наблюдается эффект антиэкранировки. Т.е. при уменьшении растояния между цветными кварками величина взаимодействия уменьшается. Это явление называется асимптотической свободой кварков в адроне на малых расстояниях. Экспериментально измеренная зависимость константы сильного взаимодействия от расстояния показана на рис.4. Аналагичная ситуация и для константы слабого взаимодействия.
 Рис. 3. Механизм антиэкранировки цветного заряда |
 Рис. 4. Антиэкранировка электрического заряда |
В модели Великого
Объединения (Grand Unification) показано, что все три
константы будут иметь одинаковые значения при E =
1015 Гэв. Константа Великого Объединения EGU
= 1/40. При этой энергии возникает единое
взаимодействие. Объединение электромагнитного и
слабого взаимодействий присходит при гораздо
меньших энергиях E ~ 100 Гэв. При энергии Великого
Объединения должна наблюдаться симметрия между
кварками и лептонами. Кванты поля, переносящие
взаимодействие между кварками и лептонами,
называются X и Y-бозонами. X и Y-бозоны имеют спин J =
1 и дробный электрический заряд Q(X) = +4/3 Q(Y) = +1/3.
На рис. 5 приведены прмеры диаграмм с участием X и
Y-бозонов.
|
||||
Под действием X и Y - бозонов кварки превращаются в лептоны. Диаграммы приведенные на рис. 5 показывают, что модель Великого Объединения может быть экспериментально проверена при энергиях гораздо ниже 1015 Гэв. В частности диаграммы на рис. 5 должны приводить к распаду протона и нейтрона
p → e+ +
π0, n
→ 
e +
π0.
Т.е. наблюдается одновременное нарушение закона сохранения барионного и лептонного чисел. Многочисленные попытки обнаружить распад протона пока не дали положительных результа. Время жизни протона по современным оценкам tp > 1032 лет. Константа Великого Объединения сравнивается с константой гравитационного взаимодействия при E = 1019 Гэв. Энергия, при которой происходит объединение всех черырех взаимодействий называется планковской энергией. Ее величина получается комбинацией трех мировых констант
EPl = (
с5/G)1/2 
1019 Гэв,
где -
приведенная постоянная Планка, с - скорость
света, G - гравитационная постоянная.
Планковская энергия соответствует
Планковской длине
lPl = (G/с3)1/2 10-33 с.
Величина
mPl = (с/G)1/2
носит название массы Планка.
Условия для объединения
взаимодействий могли существовать в самом
начале образования Вселенной, сразу после
Большого взрыва. Реликтами эпохи Большого взрыва
являются микроволновое излучение, отвечающее
температуре 2.7 K, и, возможно, монополи Дирака -
гипотетические магнитные заряды.
При объединении всех взаимодействий,
которое, как предполагается происходит при 1019
ГэВ, бозоны и фермионы объединяются в один
мультиплет. В теории предполагается, что к
наблюдаемым частицам добавляются суперпартнеры,
спины которых отличаются на +1/2 или -1/2. Например, к
электрону добавляется суперпартнер со спином 0.
Дополнительно смотрите:
- Суперсимметрия и объединение фундаментальных взаимодействий
- И. Л. Бухбиндер. Фундаментальные взаимодействия
Последние изменения 18.03.10.
|
|
