Книга Последняя секунда Вселенной - Алиса Веспер

Ознакомительная версия. Доступно 17 страниц из 85

СМ включает в себя такой зверинец: 6 кварков, 6 лептонов, 4 бозона-переносчика силовых взаимодействий, а также 1 хиггсовский бозон. Если учитывать античастицы и различные заряды у глюонов, то в общей сложности СМ описывает 61 уникальную частицу.

Экспериментальное подтверждение существования W– и Z-бозонов, являющихся переносчиками слабого взаимодействия, в ЦЕРНе в январе 1983 года завершило построение СМ и ее принятие как основной. Физики Карло Руббиа и Симон ван дер Меер получили Нобелевскую премию по физике в 1984 году Открытие b-кварка (1977), t-кварка (1995) и тау-нейтрино (2000) в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Фермилаб), также подтвердили правильность СМ. После этого осталась лишь одна не открытая, но предсказанная СМ-частица – тот самый бозон Хиггса, существование которого подтвердили в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК).

В редких случаях предсказания СМ расходятся с экспериментальными данными и становятся предметом споров между физиками.

Стандартная модель описывает три из четырех видов фундаментального взаимодействия всех элементарных частиц в физике:

1. Электромагнитное взаимодействие, которое удерживает электроны внутри атома и атомы внутри молекул. Переносчиком взаимодействия является квант света – фотон.

2. Сильное взаимодействие, которое удерживает протоны и нейтроны внутри атомного ядра, а кварки внутри протонов, нейтронов и других адронов. Переносчиками являются глюоны.

3. Слабое взаимодействие, которое приводит к редким распадам, таким как распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино. Переносчиками являются W– и Z-бозоны.

Стандартная модель не является Теорией всего, так как не описывает темную материю и темную энергию (из которых наша Вселенная состоит чуть менее, чем полностью), а также не включает в себя четвертое фундаментальное взаимодействие – гравитацию.

Уравнение Стандартной модели[42]:

Эта версия СМ написана в лагранжевой форме. Лагранжиан (или функция Лагранжа) является функцией динамических переменных и описывает уравнения движения системы.

Технически СМ можно записать в нескольких различных формулировках, но, несмотря на внешний вид, лагранжиан – один из самых простых и компактных способов представления теории.

Раздел 1

Первые строчки описывают глюоны – фундаментальные бозоны, несущие сильное взаимодействие. Глюоны бывают восьми типов, взаимодействуют между собой и имеют так называемый цветовой заряд. Да, в квантовой механике есть и такое.

Цветовой заряд – квантовое число, в квантовой хромодинамике приписываемое глюонам и кваркам. Эти элементарные частицы взаимодействуют между собой подобно тому, как взаимодействуют между собой электрические заряды, однако, в отличие от электрических зарядов, у которых два знака, цветовых зарядов – три. Их называют «красным» (r), «зеленым» (g) и «синим» (b), но эти названия не имеют никакого отношения к цветам, которые мы видим в повседневной жизни. Для каждого цвета существует также антицвет: «антикрасный», «антизеленый» и «антисиний».

Раздел 2

Почти половина этого уравнения посвящена объяснению взаимодействий между бозонами, особенно W– и Z-бозонами.

Бозоны – это частицы, переносящие взаимодействие других частиц, и существует четыре вида бозонов, которые взаимодействуют с другими частицами, используя три фундаментальные силы. Фотоны несут электромагнетизм, глюоны несут сильное взаимодействие, а бозоны W и Z несут слабое взаимодействие. Совсем недавно открытый бозон, бозон Хиггса, немного отличается; его взаимодействия появляются в следующей части уравнения.

Раздел 3

Эта часть уравнения описывает, как элементарные частицы материи взаимодействуют со слабым взаимодействием. Согласно этой формулировке, частицы вещества бывают трех поколений, каждое из которых имеет разную массу (каждый член следующего поколения имеет массу большую, чем соответствующая частица предыдущего). Слабое взаимодействие помогает массивным частицам распадаться на менее массивные частицы.

В этот раздел также входят основные взаимодействия с полем Хиггса, от которого некоторые элементарные частицы получают свою массу.

Интересно, что эта часть уравнения делает предположение, которое противоречит открытиям, сделанным физиками в последние годы. Она ошибочно предполагает, что частицы, называемые нейтрино, не имеют массы.

Раздел 4

В квантовой механике не существует единственного пути или траектории, по которой может двигаться частица, а это означает, что иногда в такого рода математических формулировках появляются избыточности. Чтобы избавиться от этой избыточности, теоретики используют виртуальные частицы, которые они называют ду́хами.

Эта часть уравнения описывает, как частицы материи взаимодействуют с ду́хами Хиггса – виртуальными артефактами из поля Хиггса.

Раздел 5

Эта последняя часть уравнения включает в себя больше духов. Эти духи называются духами (или гостами) Фаддеева-Попова, и они компенсируют избыточность, возникающую во взаимодействиях посредством слабого взаимодействия.

Если вам интересно, то вы можете почитать «Физику невозможного», «Гиперпространство» или «Уравнение Бога. В поисках теории всего» Митио Каку. Или того самого Стивена Хокинга.

Чудовище в уравнениях

There are monsters out in the cosmos

that can swallow entire stars.

Inside these equations, there’s a monster.

Anything that strays too close

will be pulled in.[43]

Когда я услышала этот трек от Symphony of Science, я сразу же влюбилась. Действительно, все существующее в нашей Вселенной можно описать формулой или уравнением. А что, если чудовище можно заточить в уравнении? Именно этим и занимались родители Айвина – сковывали чудовищ вселенских масштабов.

Рис. 1. Уравнение Стандартной модели

Великий аттрактор тоже можно назвать героем книги. В той Вселенной это центр, который притягивает к себе все миры Архипелага.

В нашей Вселенной тоже существует гравитационная аномалия, которая называется Великим аттрактором. Он находится на расстоянии в 250 миллионов световых лет от Земли в созвездии Наугольник. Именно в его сторону движется наша Галактика, Местная группа (Млечный путь и еще около 100 ближайших к нему галактик), Сверхскопление Девы (около 30 тысяч галактик, включая нашу) и другие скопления и сверхскопления. Вместе с Великим аттрактором они образуют гигантское сверхскопление галактик Ланиакея (Laniakea, по-гавайски – необъятные небеса).

Что такое этот Великий аттрактор? Скорее всего, это тоже сверхскопление галактик большой плотности, именно поэтому к нему притягиваются другие скопления. Центр Скопление Наугольника (ACO 3627 или Abell 3627), вероятно, является центром Великого аттрактора. Несмотря на относительную близость (221 миллион световых лет) и яркость этого скопления галактик, увидеть его невозможно, поскольку оно находится в Зоне избегания – области, которую закрывает сам Млечный путь.

Просто представьте себе – это аномалия не галактических, а вселенских масштабов. И это завораживает.

Путешествие по Мультивселенной и бранам

Дэйрдре, а затем Аннабель и другие могут путешествовать с помощью порогов. Так фейри путешествуют между мирами – с помощью лиминальных, или пограничных, пространств. Но, поскольку Дэй не фейри в классическом понимании, а одна из архитекторов целой Вселенной, то и путешествует она, находя пороги – места, где миры соприкасаются друг с другом. А использует

Ознакомительная версия. Доступно 17 страниц из 85