И вот когда мы говорим о том, что достигаем какого-то расстояния, фактичес
ки реально это означает, что мы наблюдаем процесс с какой-то передачей им
пульса. И процесс с такой передачей импульса, по нашим теоретическим пре
дставлениям, отвечает тому, что мы достигаем каких-то расстояний. Так вот
, после примерно 10 в минус 8-й, вся информация о пространстве-времени Ц это
уже косвенная информация, мы ничего там непосредственно глазом или микр
оскопом увидеть не можем. И на этой таблице всё хорошо изображено, потому
что там слева изображены приборы, которыми меряются эти расстояния, и в ф
изике микромира там уже ускоритель. Ускоритель Ц это прибор для измерен
ия расстояний в микромире.
Э.Б. Может быть, мы тогда вкратце опишем эту Стандартную Модел
ь, чтобы было понятно, о чём, собственно говоря, идёт речь. И для этого лучше
показать картинку номер два, на которой эта Стандартная Модель представ
лена.
В самой верхней части этой картинки показано наше общее представление о
веществе. Как все мы хорошо знаем, вещество состоит из молекул, молекулы и
з атомов, атомы состоят из ядер, вокруг которых вращаются электроны, расп
оложенные на определённых электронных оболочках. А ядра образованы из т
ак называемых адронов Ц в основном, это протоны и нейтроны. Каждый из про
тонов и нейтронов, в свою очередь, состоит из ещё более мелких частиц, кото
рые 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 наз
ываются глюоны, от английского слова Glue Ц клей. Вот эти глюоны склеивают к
варки между собой в адроны.
Мы все знаем очень хорошо, что в природе существуют четыре вида сил. Это мы
все знаем с наших школьных лет Ц это сильные, слабые, электромагнитные и
гравитационные взаимодействия. О сильных взаимодействиях мы буквально
только что упомянули, и с точки зрения Стандартной Модели, это силы, осуще
ствляемые посредством обмена глюонами, именно это и есть фундаментальн
ые сильные взаимодействия.
Те же взаимодействия, которые в ядре приводят к тому, что протоны и нейтро
ны удерживаются внутри ядер, так называемые ядерные силы Ц это уже как б
ы вторичные по отношению к тем первичным фундаментальным сильным взаим
одействиям силы. Ядерные силы возникают из-за того, что протоны и нейтрон
ы Ц это протяжённые объекты. И каждый кварк обладает так называемым цве
том Ц это специальное квантовое число или заряд, и, собственно говоря, об
ладание этим зарядом и приводит к взаимодействию посредством обмена гл
юоном. Следующий вид взаимодействий Ц это взаимодействия электромагн
итные, которые все мы хорошо знаем из повседневной жизни. Их роль Ц образ
овывать атомы, притягивая электроны и ядра друг к другу. Взаимодействие,
менее известное для широкой аудитории, но, конечно, очень хорошо известн
ое специалистам Ц это слабое взаимодействие, которое ответственно за т
о, что ряд частиц в природе нестабилен, в частности, нейтрон. Если нейтрон
находится в свободном состоянии, он распадается в протон, электрон и эле
ктронное антинейтрино, но внутри ядер ему энергетически более выгодно о
ставаться свободным, оставаться нераспавшимся, потому что это наиболее
выгодная энергетическая конфигурация.
И.В. Здесь проявляется взаимодействие электромагнитных и сл
абых сил, потому что если электрон станет протоном в ядре, то взаимодейст
вие одинаково заряженных протонов приведёт к увеличению энергии ядра.

Э.Б. Приведёт к увеличению энергии, поэтому в ядре нейтрон ста
билен, и может показаться, что слабые взаимодействия вроде бы и не очень-т
о важны. Но оказывается, что слабые взаимодействия крайне важны, и в частн
ости, процессы на Солнце, например, углеродно-водородный солнечный цикл,
главный солнечный цикл, имеет свою первооснову в слабых взаимодействия
х. 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 Ц это гравитационные взаимоде
йствия, уникально слабые по сравнению со всеми остальными видами взаимо
действий. Строго говоря, гравитационные взаимодействия в схему Стандар
тной 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 проблем
у Ц как эту силу тоже включить в единую схему. Современные представлени
я, в частности, о дополнительных измерениях, о которых у нас сегодня в осно
вном будет идти разговор Ц это одна из схем, позволяющих и гравитационн
ые 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 взаимодействи
я вообще не входят в Стандартную Модель, но считается, что в Стандартную М
одель входят сильные взаимодействия, электромагнитные и слабые. Так вот
электромагнитные взаимодействия уже входят в Стандартную Модель некот
орым объединённым образом…
Э.Б. Со слабыми взаимодействиями.
И.В. Со слабыми взаимодействиями, да, и эти взаимодействия пол
учили название электрослабых. Поэтому Стандартная Модель Ц это уже как
ой-то шаг по пути объединения, и желательно двигаться дальше в этом напра
влении.
Э.Б. Всё зависит от того энергетического масштаба, на котором
мы смотрим на эти силы. То понятие, которое нам потребуется сегодня Ц это
ГэВ. ГэВ Ц это 10 в 9-й электрон-Вольт. И, в частности, в этих единицах измеряю
тся массы протона и нейтрона, это грубая оценка, но, тем не менее, она вполн
е достаточна для нас.
И.В. Масса протона и нейтрона Ц это примерно один вес.
Э.Б. Массы протона и нейтрона примерно одинаковые, это пример
но один ГэВ. Кварки и лептоны Ц это те составляющие кирпичики, из которых
весь наш мир построен, и из этой схемы видно, что кварки и лептоны делятся
на три поколения. Я замечу, что все эти частицы, которые указаны в таблице,
уже были открыты экспериментально. Всё это не просто разговоры, всё это п
омеряно 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 кр
айней мере, 10 в минус 18-й сантиметра, или что-то в этом духе. И никакой структ
уры не имеющий.
А.Г. То есть, вот эти символы, которыми здесь изображаются лепт
оны и кварки, не должны вводить нас в заблуждение. Потому что здесь это нек
ие шарики, почти твёрдые тела, а на самом деле это далеко не так.
И.В. Просто мы пытались так представить их относительные масс
ы.
Э.Б. Так мы пытались представить относительные массы, но не ра
змеры. С точки зрения размеров в Стандартной Модели всё это точечноподоб
ные 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 мас
сы ядра золота, но при этом остаётся точечным объектом? В то время как в яд
ре золота собраны 190 протонов и нейтронов, и это весьма и весьма большое об
разование. Вот вкратце структура.
Но может быть, стоит упомянуть об этом открытии Т-кварка? Просто чтобы инф
ормацию 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 б
ыть, картинку номер три нам покажут? Вот видите, здесь изображено, как прот
он с зарядом плюс единица сталкивается с антипротоном с зарядом минус ед
иница. Тогда те кварки и глюоны, которые образуют этот протон, сталкивают
ся между собой, и в результате рождается пара кварков Т и анти-Т. Эта пара к
варков Т и анти-Т распадается в W-бозон и B-кварк, в W-бозон и анти B-кварк, кото
рые дальше распадаются соответственно в дубль W плюс или дубль W минус боз
оны (это переносчики слабых взаимодействий) и в один из лептонов или квар
ков, указанных выше.
Лептон регистрируется, нейтрино проявляется как недостающая энергия в
детекторе, а лёгкий кварк проявляется как так называемая «струя», узеньк
ий пучок частиц, летящих в определённом направлении, это тоже регистриру
ется соответствующим детектором. Благодаря соответствующим энергетич
еским измерениям получена масса Т-кварка. На сегодняшний день масса Т-кв
арка известна с достаточно приличной точностью Ц 175 ± 5 ГэВ, этот объект хо
рошо 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 кварк
и образуют адроны, соединяясь с другими кварками. Т-кварк адронов не обра
зует, потому что он тяжёлый, и он распадается до того, как с кем-то ещё соеди
ниться, как говорят, в связное состояние, в какой-то нуклон. Для этого не хв
атает времени, он вначале распадается, образуя в частности, B-мезон с этим B
-кварком. Но это просто для иллюстрации Ц как был обнаружен последний из
этих кварков. Это было сделано в Америке, но двумя крупнейшими междунаро
дными коллаборациями, в которых, в частности, российские институты прини
мают активное участие.
А.Г. Мы можем сегодня утверждать, что Т-кварк Ц самый массивны
й, и другого, более массивного, найдено не будет?
Э.Б. Очень хороший вопрос. Есть утверждение, что все кварки объ
единены в поколения. На сегодняшний день поколений Ц три. Вообще говоря,
почему не быть четвёртому поколению? Сейчас известно, что было бы очень т
рудно сделать четвёртое поколение лептонов, в котором было бы лёгкое чет
вёртое нейтрино. Потому что уже были поставлены эксперименты (это было с
делано на другом коллайдере, ЛЭП, в ЦЕРНе, который совсем недавно закончи
л свою работу), и один из последних результатов был такой, что четвёртого п
околения быть не может. Число поколений, строго говоря, это число нейтрин
о, и если нейтрино массивное, то тогда таких ограничений не возникает, а во
т 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, так
ое невозможно.
И.В. Может быть, просто будут тяжёлые фермионы, но они не будут
кварками. Тяжёлые фермионы вполне могут быть, и в частности, это тоже може
т быть связано с существованием дополнительных измерений.
Э.Б. И, может быть, последний кирпичик Стандартной Модели (кото
рый не очень-то, может быть, был изображён на этой схеме, это на самом деле о
дно из наиболее тонких мест в Стандартной Модели, с одной стороны, и наибо
лее интересных, с другой стороны), это ещё одна частица, так называемый боз
он Хиггса Ц это скалярное поле или скалярная частица, которая пока не об
наружена. Единственный объект в Стандартной Модели, который пока не найд
ен Ц это бозон Хиггса, и он, собственно говоря, ответствен за то, чтобы сде
лать эту формальную схему настоящей теоретико-полевой конструкцией с т
еми 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 обнаруже
н. Стандартная Модель, правда, сама по себе не предсказывает значения мас
сы этой частицы. Масса этой частицы неизвестна, но уже существуют доволь
но жёсткие ограничения Ц какой она не может быть, и какие интервалы для н
её остались.
В частности, была совершенно замечательная история. В конце работы ускор
ителя ЛЭП-2, незадолго до её окончания, было найдено указание на то, что ест
ь некий небольшой резонансик, количество событий там превышало уровень
фона, что указывало на то, что, возможно, есть Хиггс с массой порядка 115 ГэВ. Э
тот вопрос очень широко обсуждался в научной среде, а в результате дирек
торат ЦЕРНа должен был принять решение: продлевать ли работу ЛЭП-2 дальше
, потому что единственное, чего не хватало, это статистики. То есть нужно б
ыло больше событий, чтобы подтвердить результат более достоверно.
А.Г. Уйти от шума.
Э.Б. Уйти от шума, совершенно верно. Но для этого, по оценкам спе
циалистов, нужно было ещё поработать год. Но если поработать год, тогда су
щественно затягивался запуск следующего ускорителя, который планирует
ся в ЦЕРНе, так называемого «Large Hadron Collider», огромного коллайдера. И затяжка на го
д здесь приводила к тому, что пуск этого коллайдера мог затянуться на оче
нь 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 Моде
ли…
А.Г. Да, я всё понял, теперь о проблемах.
И.В. Проблем много. Очень хорошая модель, но проблем, конечно, м
ного.
Э.Б. На самом деле Стандартная Модель Ц это некая схема и она,
по существу, не отвечает ни на один фундаментальный вопрос «почему?» Соб
ственно 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 анал
огия.
Э.Б. Да, и потом ещё с такой большой разницей масс у поколений. К
огда 0,5 МэВ (МэВ Ц это 10^-3 ГэВ) масса у электрона, с одной стороны, и 175 ГэВ Ц мас
са Т-кварка. Много-много порядков разница в массах Ц это тоже необъяснён
ный факт. Он, в общем-то, параметризуется через механизм Хиггса, но это, ско
рее, просто описание без глубокого понимания, почему так произошло. Такж
е лептоны и кварки обладают разными квантовыми числами, такими как лепто
нный заряд, барионный заряд, электрический заряд.
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