Мир вокруг нас

Последний вид полей, из числа открытых в 20-м веке — получил название глюонного поля. Оно определённым образом связано с ядерным (сильным) полем, о чём подробнее — чуть позже. Глюонные поля — связывают кварки друг с другом в сложных элементарных частицах (протонах, гиперонах, мезонах и т. п.). Силы глюонного притяжения между кварками, как считается — настолько сильны, что до сих пор, учёным не удалось вырвать ни одного кварка ни из одной сложной элементарной частицы. Т. е. ни один кварк не получен в свободном состоянии! Теоретическое объяснение этому — нашлось очень удивительное: предполагается, что напряжённость глюонных полей, в отличие от всех других видов полей, с расстоянием — не падает, а наоборот, возрастает. Оказывается, возможно и такое…

Получается, что если пытаться разорвать сложную элементарную частицу (например, протон), то энергия, которую мы будем прилагать, будет тратиться на увеличение напряжённости глюонного поля, и т. о. чем дальше кварки будут отдаляться друг от друга — тем сильнее они будут притягиваться друг к другу (и противодействовать разрыву сложной элементарной частицы (также энергия будет тратиться на рождение пар частица-античастица, и т. п.)). Поэтому разорвать сложную частицу на отдельные кварки — оказывается невозможно даже теоретически. Сложные элементарные частицы, в результате, несмотря на то, что являются, как известно, состоящими из кварков, могут считаться такими же элементарными, как и простые элементарные частицы (т. е. электроны, нейтрино и т. п.).

В целом, глюонные поля — самые сильные поля, имеющиеся в природе. Почему же эти поля столь малозаметны в окружающем Мире, на макроуровне? Дело в том, что глюонные поля — обладают удивительным свойством насыщаемости: они способны связывать лишь кварки в отдельной сложной элементарной частице, а на кварки соседних сложных элементарных частиц, несмотря на значительно большие расстояния до них и возрастание (или как минимум, неуменьшение) силы с расстоянием, глюонные поля, в целом — не действуют.

Объединение полей

Итак, мы рассмотрели, в общих чертах, шесть известных (доказанных) видов полей. Но почему существует именно шесть видов, а не одно, единое поле? Какова причина такого разнообразия, и всегда ли оно существовало? Поиск ответов на эти вопросы — ведётся уже давно. Попытки свести различные виды полей к разным сторонам (проявлениям) единого поля — уже имеют определённый успех.

Так, считается, что единое поле могло существовать как единое целое — на заре нашего Мироздания, т. е. во времена Большого Взрыва. По мере физического расширения окружающего Мира, последовавшего за ним, и падения плотности энергии в пространстве, единое поле постепенно разделилось на шесть полей, известных в современности. В качестве частичной аналогии этому, обычно приводится, например, раствор, в котором происходит кристаллизация растворённых веществ, т. е. их отделение и выпадение в осадок, при остывании раствора. По этой и т. п. аналогиям, можно (условно) представить и разделение единого поля. Из этого также следует, что его можно вновь получить, повысив концентрацию энергии, что осуществимо, например, при столкновениях частиц в ускорителе.

Возможность объединения полей т. о. — впервые подтвердилась при открытии, при помощи ускорителя заряженных частиц, новых элементарных частиц — W- и Z-бозонов (в 1983 году), существование которых ранее было предсказано в рамках теории, объединившей электромагнитное и слабое взаимодействия в единое электрослабое поле (теория Вайнберга-Глэшоу-Салама), с привлечением, дополнительно, поля Хиггса. Подробнее мы на этом остановимся позже.

Также, ещё ранее (в 19-м веке) были объединены магнитные и электрические поля — в электромагнитное поле (согласно наблюдениям, и в теории Фарадея-Максвелла). При этом, магнитное поле — было представлено как вторичное, производное по отношению к электрическому: например, магнитное поле, окружающее проводник с током — было объяснено как результат направленного движения электрических зарядов (электронов); также и магнитные моменты частиц — удалось представить (условно) как результат вращения элементарной частицы, и следовательно, тоже выводимыми из электрического поля.

(Ещё до этого (и до теории поля), = более ранним примером объединения сил — явилась сила всемирного тяготения (впоследствии — гравитационное поле): Ньютон обнаружил связь между разными, на первый взгляд, силами (ускорением свободного падения, и силой, связывающей планеты), которые оказались разными проявлениями единой силы, названной силой всемирного тяготения (гравитацией)).