28
Глава 1.
нуждающегося в теоретическом обобщении, в теории сильных взаимодействий развиваются методы, основанные на общих принципах квантовой теории поля - релятивистской инвариантности, локальности взаимодействий, означающей выполнение условий причинности, и др. К ним относится метод дисперсионных соотношений и аксиоматический метод. Последний, хотя и считается наиболее фундаментальным, однако не обеспечивает достаточного количества конкретных результатов, допускающих экспериментальную проверку. Наибольшие практические успехи в теории сильных взаимодействий получены в результате применения принципов симметрии.
Принципы симметрии или принципы инвариантности [17] носят общий характер, им подчинены все физические теории. Симметрия законов физики относительно некоторого преобразования означает, что эти законы не меняются при проведении данного преобразования. Поэтому считается, что принципы симметрии можно установить на основании известных физических законов. Если же теория каких-либо физических явлений еще не создана, то экспериментально открытые симметрии играют эвристическую роль при построении теории. Отсюда особая важность экспериментального установления симметрий сильно взаимодействующих элементарных частиц адронов, т. е. частиц, состоящих из кварков и антикварков, теория которых еще не создана.
Существуют общие симметрии, справедливые для всех физических законов, для всех видов взаимодействий, и приближенные симметрии, справедливые лишь для определенного круга взаимодействий или даже для одного вида взаимодействий. Таким образом, имеется некоторая иерархия симметрий. Симметрии делятся на пространственно-временные или геометрические внутренние симметрии, описывающие специфические свойства элементарных частиц. Считается, что справедливыми для всех типов взаимодействий являются симметрии законов физики относительно следующих пространственно-временных преобразований: сдвига и поворота физической системы как целого в пространстве, сдвига во времени (изменения начла отсчета времени). Инвариантность (неизменность) всех физических законов относительно этих преобразований отражает соответственно однородность и изотропность пространства и однородность времени. С этими симметриями связаны законы сохранения импульса, момента количества движения и энергии. Считается также, что к общим симметриям относятся также инвариантность по отношению к
Структура и основные положения теоретической физики_29
преобразованиям Лоренца и калибровочным преобразованиям 1-го рода
- умножению волновой функции на так называемый фазовый множитель, не меняющий квадрата ее модуля. Эта последняя симметрия связана с законами сохранения электрического, барионного и лептонного зарядов.
Существуют также симметрии, отвечающие дискретным преобразованиям: изменению знака времени (обращение време-ни), пространственной инверсии (так называемая зеркальная симметрия природы), зарядовому сопряжению - операции замены всех частиц, участвующих в каком-либо взаимодействии на соответствующие им античастицы. Этот последний вид симметрии справедлив для сильных и электромагнитных взаимодействий и не справедлив для слабых взаимодействий.
На основе приближений 51/(3) Гелл-Маном в 1962 г. создана систематика адронов [18]. С тех пор появились различные кварковые модели адронов [19-21]. В этих моделях массы отдельных кварков существенно превышают массу частиц, образуемых этими кварками. Противоречий, по мнению авторов моделей, нет, так как положительная масса кварков, пересчитанная в энергию, суммируется с отрицательной энергией связей кварков друг с другом. Но уже ясно, что трех исходных кварков недостаточно и требуется четвертый кварк. Кроме этого, каждый кварк существует в трех разновидностях, отличающихся «цветом», а, кроме того, кваркам стали приписывать и иные свойства, например, «очарование» и т. п. Все эти экзотические свойства не имеют никакого объяснения.
В теории сильного взаимодействия - квантовой хромо-динамике основная нерешенная проблема - это выяснение причин не вылетания кварков и глюонов - частиц, склеивающих кварки, из адронного «мешка» и создание количественных методов расчета свойств адронов и сечения из взаимодействия. Большие надежды связываются с суперсимметрией, на основе которой предполагается осуществить суперобъединение электрослабого и сильного взаимодействия с гравитацией [22].
Особенно большие усилия в последние годы направлены на разработку теории суперструн [23, 24] - пространственно одномерных (имеющих только одно измерение) отрезков с характерным размером планковской длины 10 3:) см. Согласно модели суперструн предполагается, что на таких малых расстояниях должны существенно
