Я замечу, что все эти частицы, которые указаны в таблице, уже были открыты экспериментально. Всё это не просто разговоры, всё это померяно и найдено в конкретных экспериментах. В частности, последний ТОП, или Т-кварк с массой 175 ГэВ, это 175 протонов, грубо говоря. Только в отличие от ядра Стандартной Модели размер этого Т-кварка пока не разрешён. Он, по крайней мере, 10 в минус 18-й сантиметра, или что-то в этом духе. И никакой структуры не имеющий.
А.Г. То есть, вот эти символы, которыми здесь изображаются лептоны и кварки, не должны вводить нас в заблуждение. Потому что здесь это некие шарики, почти твёрдые тела, а на самом деле это далеко не так.
И.В. Просто мы пытались так представить их относительные массы.
Э.Б. Так мы пытались представить относительные массы, но не размеры. С точки зрения размеров в Стандартной Модели всё это точечноподобные частицы. И это тоже, на самом деле, одна из загадок Стандартной Модели.
Как понять, что Т-кварк с одной стороны имеет массу 175, а это чуть меньше массы ядра золота, но при этом остаётся точечным объектом? В то время как в ядре золота собраны 190 протонов и нейтронов, и это весьма и весьма большое образование. Вот вкратце структура.
Но может быть, стоит упомянуть об этом открытии Т-кварка? Просто чтобы информацию дать, потому что это совсем недавнее открытие, оно состоялось в 95-м году на американском коллайдере «Тэватрон» в Брукхейвене, в Фермилабе. На этом коллайдере сталкивались пучки протонов и антипротонов. Может быть, картинку номер три нам покажут? Вот видите, здесь изображено, как протон с зарядом плюс единица сталкивается с антипротоном с зарядом минус единица. Тогда те кварки и глюоны, которые образуют этот протон, сталкиваются между собой, и в результате рождается пара кварков Т и анти-Т. Эта пара кварков Т и анти-Т распадается в W-бозон и B-кварк, в W-бозон и анти B-кварк, которые дальше распадаются соответственно в дубль W плюс или дубль W минус бозоны (это переносчики слабых взаимодействий) и в один из лептонов или кварков, указанных выше.
Лептон регистрируется, нейтрино проявляется как недостающая энергия в детекторе, а лёгкий кварк проявляется как так называемая «струя», узенький пучок частиц, летящих в определённом направлении, это тоже регистрируется соответствующим детектором. Благодаря соответствующим энергетическим измерениям получена масса Т-кварка. На сегодняшний день масса Т-кварка известна с достаточно приличной точностью - 175 ± 5 ГэВ, этот объект хорошо установлен и обнаружен.
А.Г. Но он не стабилен?
Э.Б. Он нестабилен, крайне нестабилен. И в этом, кстати, тоже его фундаментальное отличие от других объектов, поскольку все другие кварки образуют адроны, соединяясь с другими кварками. Т-кварк адронов не образует, потому что он тяжёлый, и он распадается до того, как с кем-то ещё соединиться, как говорят, в связное состояние, в какой-то нуклон. Для этого не хватает времени, он вначале распадается, образуя в частности, B-мезон с этим B-кварком. Но это просто для иллюстрации - как был обнаружен последний из этих кварков. Это было сделано в Америке, но двумя крупнейшими международными коллаборациями, в которых, в частности, российские институты принимают активное участие.
А.Г. Мы можем сегодня утверждать, что Т-кварк - самый массивный, и другого, более массивного, найдено не будет?
Э.Б. Очень хороший вопрос. Есть утверждение, что все кварки объединены в поколения. На сегодняшний день поколений - три. Вообще говоря, почему не быть четвёртому поколению? Сейчас известно, что было бы очень трудно сделать четвёртое поколение лептонов, в котором было бы лёгкое четвёртое нейтрино. Потому что уже были поставлены эксперименты (это было сделано на другом коллайдере, ЛЭП, в ЦЕРНе, который совсем недавно закончил свою работу), и один из последних результатов был такой, что четвёртого поколения быть не может. Число поколений, строго говоря, это число нейтрино, и если нейтрино массивное, то тогда таких ограничений не возникает, а вот если оно лёгкое, то четвёртого поколения не может быть.
Но вообще говоря, можно устроить четвёртое поколение, и есть такие схемы, конечно. В принципе, априори нет никакого запрета, нельзя сказать: нет, такое невозможно.
И.В. Может быть, просто будут тяжёлые фермионы, но они не будут кварками. Тяжёлые фермионы вполне могут быть, и в частности, это тоже может быть связано с существованием дополнительных измерений.
Э.Б. И, может быть, последний кирпичик Стандартной Модели (который не очень-то, может быть, был изображён на этой схеме, это на самом деле одно из наиболее тонких мест в Стандартной Модели, с одной стороны, и наиболее интересных, с другой стороны), это ещё одна частица, так называемый бозон Хиггса - это скалярное поле или скалярная частица, которая пока не обнаружена. Единственный объект в Стандартной Модели, который пока не найден - это бозон Хиггса, и он, собственно говоря, ответствен за то, чтобы сделать эту формальную схему настоящей теоретико-полевой конструкцией с теми правилами, которые приняты в квантовой теории поля.
А.Г. Он предсказан теорией, но в эксперименте…
Э.Б. Он предсказан теорией, но в эксперименте пока не обнаружен. Стандартная Модель, правда, сама по себе не предсказывает значения массы этой частицы. Масса этой частицы неизвестна, но уже существуют довольно жёсткие ограничения - какой она не может быть, и какие интервалы для неё остались.
В частности, была совершенно замечательная история. В конце работы ускорителя ЛЭП-2, незадолго до её окончания, было найдено указание на то, что есть некий небольшой резонансик, количество событий там превышало уровень фона, что указывало на то, что, возможно, есть Хиггс с массой порядка 115 ГэВ. Этот вопрос очень широко обсуждался в научной среде, а в результате директорат ЦЕРНа должен был принять решение: продлевать ли работу ЛЭП-2 дальше, потому что единственное, чего не хватало, это статистики. То есть нужно было больше событий, чтобы подтвердить результат более достоверно.
А.Г. Уйти от шума.
Э.Б. Уйти от шума, совершенно верно. Но для этого, по оценкам специалистов, нужно было ещё поработать год. Но если поработать год, тогда существенно затягивался запуск следующего ускорителя, который планируется в ЦЕРНе, так называемого «Large Hadron Collider», огромного коллайдера. И затяжка на год здесь приводила к тому, что пуск этого коллайдера мог затянуться на очень долгие годы.
А.Г. И они решили отложить…
Э.Б. И поэтому в итоге обнаружение было отложено.
И.В. Я думаю, что мы очень хорошо рассказали о Стандартной Модели…
А.Г. Да, я всё понял, теперь о проблемах.
И.В. Проблем много. Очень хорошая модель, но проблем, конечно, много.
Э.Б. На самом деле Стандартная Модель - это некая схема и она, по существу, не отвечает ни на один фундаментальный вопрос «почему?» Собственно говоря, почему три поколения (вы задали совершенно справедливый вопрос)? почему есть аналогия между лептонами и кварками, так называемая кварк-лептонная аналогия?
И.В. Но не полная. Пока нейтрино безмассовое, это не полная аналогия.
Э.Б. Да, и потом ещё с такой большой разницей масс у поколений. Когда 0,5 МэВ (МэВ - это 10^-3 ГэВ) масса у электрона, с одной стороны, и 175 ГэВ - масса Т-кварка. Много-много порядков разница в массах - это тоже необъяснённый факт.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
А.Г. То есть, вот эти символы, которыми здесь изображаются лептоны и кварки, не должны вводить нас в заблуждение. Потому что здесь это некие шарики, почти твёрдые тела, а на самом деле это далеко не так.
И.В. Просто мы пытались так представить их относительные массы.
Э.Б. Так мы пытались представить относительные массы, но не размеры. С точки зрения размеров в Стандартной Модели всё это точечноподобные частицы. И это тоже, на самом деле, одна из загадок Стандартной Модели.
Как понять, что Т-кварк с одной стороны имеет массу 175, а это чуть меньше массы ядра золота, но при этом остаётся точечным объектом? В то время как в ядре золота собраны 190 протонов и нейтронов, и это весьма и весьма большое образование. Вот вкратце структура.
Но может быть, стоит упомянуть об этом открытии Т-кварка? Просто чтобы информацию дать, потому что это совсем недавнее открытие, оно состоялось в 95-м году на американском коллайдере «Тэватрон» в Брукхейвене, в Фермилабе. На этом коллайдере сталкивались пучки протонов и антипротонов. Может быть, картинку номер три нам покажут? Вот видите, здесь изображено, как протон с зарядом плюс единица сталкивается с антипротоном с зарядом минус единица. Тогда те кварки и глюоны, которые образуют этот протон, сталкиваются между собой, и в результате рождается пара кварков Т и анти-Т. Эта пара кварков Т и анти-Т распадается в W-бозон и B-кварк, в W-бозон и анти B-кварк, которые дальше распадаются соответственно в дубль W плюс или дубль W минус бозоны (это переносчики слабых взаимодействий) и в один из лептонов или кварков, указанных выше.
Лептон регистрируется, нейтрино проявляется как недостающая энергия в детекторе, а лёгкий кварк проявляется как так называемая «струя», узенький пучок частиц, летящих в определённом направлении, это тоже регистрируется соответствующим детектором. Благодаря соответствующим энергетическим измерениям получена масса Т-кварка. На сегодняшний день масса Т-кварка известна с достаточно приличной точностью - 175 ± 5 ГэВ, этот объект хорошо установлен и обнаружен.
А.Г. Но он не стабилен?
Э.Б. Он нестабилен, крайне нестабилен. И в этом, кстати, тоже его фундаментальное отличие от других объектов, поскольку все другие кварки образуют адроны, соединяясь с другими кварками. Т-кварк адронов не образует, потому что он тяжёлый, и он распадается до того, как с кем-то ещё соединиться, как говорят, в связное состояние, в какой-то нуклон. Для этого не хватает времени, он вначале распадается, образуя в частности, B-мезон с этим B-кварком. Но это просто для иллюстрации - как был обнаружен последний из этих кварков. Это было сделано в Америке, но двумя крупнейшими международными коллаборациями, в которых, в частности, российские институты принимают активное участие.
А.Г. Мы можем сегодня утверждать, что Т-кварк - самый массивный, и другого, более массивного, найдено не будет?
Э.Б. Очень хороший вопрос. Есть утверждение, что все кварки объединены в поколения. На сегодняшний день поколений - три. Вообще говоря, почему не быть четвёртому поколению? Сейчас известно, что было бы очень трудно сделать четвёртое поколение лептонов, в котором было бы лёгкое четвёртое нейтрино. Потому что уже были поставлены эксперименты (это было сделано на другом коллайдере, ЛЭП, в ЦЕРНе, который совсем недавно закончил свою работу), и один из последних результатов был такой, что четвёртого поколения быть не может. Число поколений, строго говоря, это число нейтрино, и если нейтрино массивное, то тогда таких ограничений не возникает, а вот если оно лёгкое, то четвёртого поколения не может быть.
Но вообще говоря, можно устроить четвёртое поколение, и есть такие схемы, конечно. В принципе, априори нет никакого запрета, нельзя сказать: нет, такое невозможно.
И.В. Может быть, просто будут тяжёлые фермионы, но они не будут кварками. Тяжёлые фермионы вполне могут быть, и в частности, это тоже может быть связано с существованием дополнительных измерений.
Э.Б. И, может быть, последний кирпичик Стандартной Модели (который не очень-то, может быть, был изображён на этой схеме, это на самом деле одно из наиболее тонких мест в Стандартной Модели, с одной стороны, и наиболее интересных, с другой стороны), это ещё одна частица, так называемый бозон Хиггса - это скалярное поле или скалярная частица, которая пока не обнаружена. Единственный объект в Стандартной Модели, который пока не найден - это бозон Хиггса, и он, собственно говоря, ответствен за то, чтобы сделать эту формальную схему настоящей теоретико-полевой конструкцией с теми правилами, которые приняты в квантовой теории поля.
А.Г. Он предсказан теорией, но в эксперименте…
Э.Б. Он предсказан теорией, но в эксперименте пока не обнаружен. Стандартная Модель, правда, сама по себе не предсказывает значения массы этой частицы. Масса этой частицы неизвестна, но уже существуют довольно жёсткие ограничения - какой она не может быть, и какие интервалы для неё остались.
В частности, была совершенно замечательная история. В конце работы ускорителя ЛЭП-2, незадолго до её окончания, было найдено указание на то, что есть некий небольшой резонансик, количество событий там превышало уровень фона, что указывало на то, что, возможно, есть Хиггс с массой порядка 115 ГэВ. Этот вопрос очень широко обсуждался в научной среде, а в результате директорат ЦЕРНа должен был принять решение: продлевать ли работу ЛЭП-2 дальше, потому что единственное, чего не хватало, это статистики. То есть нужно было больше событий, чтобы подтвердить результат более достоверно.
А.Г. Уйти от шума.
Э.Б. Уйти от шума, совершенно верно. Но для этого, по оценкам специалистов, нужно было ещё поработать год. Но если поработать год, тогда существенно затягивался запуск следующего ускорителя, который планируется в ЦЕРНе, так называемого «Large Hadron Collider», огромного коллайдера. И затяжка на год здесь приводила к тому, что пуск этого коллайдера мог затянуться на очень долгие годы.
А.Г. И они решили отложить…
Э.Б. И поэтому в итоге обнаружение было отложено.
И.В. Я думаю, что мы очень хорошо рассказали о Стандартной Модели…
А.Г. Да, я всё понял, теперь о проблемах.
И.В. Проблем много. Очень хорошая модель, но проблем, конечно, много.
Э.Б. На самом деле Стандартная Модель - это некая схема и она, по существу, не отвечает ни на один фундаментальный вопрос «почему?» Собственно говоря, почему три поколения (вы задали совершенно справедливый вопрос)? почему есть аналогия между лептонами и кварками, так называемая кварк-лептонная аналогия?
И.В. Но не полная. Пока нейтрино безмассовое, это не полная аналогия.
Э.Б. Да, и потом ещё с такой большой разницей масс у поколений. Когда 0,5 МэВ (МэВ - это 10^-3 ГэВ) масса у электрона, с одной стороны, и 175 ГэВ - масса Т-кварка. Много-много порядков разница в массах - это тоже необъяснённый факт.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65