Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил

С. 38. «95 % массы»: как нам предстоит убедиться, большая часть массы обычной материи легко вычисляется в рамках такой теории, первоэлементами которой считаются безмассовые глюоны, безмассовые u- и d-кварки — и все (такую теорию я называю КХД-лайт). В КХД-лайт действительно возникает «безмассовая масса». Однако это неполная теория природы. Она не учитывает многих явлений: электромагнетизма, гравитации, электронов, минимальных масс u- и d-кварков, которыми те все-таки обладают. К счастью, можно оценить, каким образом эти феномены, исключенные из такой идеализированной картины, могут влиять на массу обычной материи. Проверить эти оценки можно с помощью расчетов, описанных в главе 9. Не буду томить: остаточные эффекты меняют общую картину менее чем на 5 %. (Для тех, кто в теме: основной эффект проистекает от s-кварка. Он очень тяжелый, чтобы считать его безмассовым, однако для точного интегрирования его масса слишком мала.)

Глава 5

Книга The Making of the Atomic Bomb (Richard Rhodes, Simon and Schuster) — это не только шедевр истории и литературы, но и еще и отличное введение в ядерную физику.

Глава 6

Яркий исторический отчет об идеях и экспериментах, приведших к КХД, можно найти в книге The Hunting of the Quark (Michael Riordan, Touchstone). Двумя хорошими, доступными для понимания отчетами о физике КХД и стандартной модели электрослабых взаимодействий являются The Theory of Almost Everything (Robert Oerter, Pi Press) и The New Cosmic Onion (Frank Close, Taylor and Francis). Уникальным и обязательным для прочтения является представление о КЭД, написанное Ричардом Фейнманом: «КЭД — странная теория света и вещества» (издательства «Полиграфиздат», Neoclassic, «Астрель», 2012).

С. 51. Книга 50 Years of Yang-Mills Theory (G.’t Hooft, World Scientific) представляет собой важное собрание статей ведущих специалистов по физике, основанной на уравнениях Янга — Миллса.

С. 52. «Без необходимости представлять образцы или делать какие-либо измерения» — это (на удивление, небольшое) преувеличение. Оно было бы верно, если бы все кварки имели либо нулевую, либо бесконечную массу. Конечные ненулевые значения их масс могут быть получены только в результате проведения измерений или из образцов. В природе u- и d-кварки имеют почти нулевую массу относительно массы протонов или нейтронов; в то же время кварки c, b и t являются настолько тяжелыми, что играют очень незначительную роль в структуре протонов и нейтронов, даже в качестве виртуальных частиц. Странный кварк s является промежуточным, он играет определенную роль в структуре протонов и нейтронов, хотя и небольшую. Мы можем получить хорошую приближенную теорию протонов и нейтронов, сделав вид, будто u- и d-кварки имеют нулевую массу, в то время как другие имеют бесконечную массу и поэтому могут быть проигнорированы. Я называю эту приближенную теорию «облегченной КХД». В ней вам на самом деле не нужно производить измерения или предоставлять какие-либо образцы.

Эйнштейн подчеркивал идеал чисто концептуальных теорий, которые не требуют в качестве исходных данных результатов измерений или образцов, в своих «Автобиографических заметках»: «Я хотел бы сформулировать теорему, которая в настоящее время может основываться не более чем на вере в простоту, то есть понятность, природы: произвольных констант не существует... это означает, что устройство природы подразумевает возможность логичного установления таких строго определенных законов, в которых имеют место только рационально определенные константы (то есть не константы, численное значение которых может быть изменено без разрушения теории)». Облегченная КХД — это редкий пример мощной теории такого рода. (Для экспертов: другим примером является теория структурной химии, основанная на уравнении Шрёдингера с бесконечно тяжелыми ядрами.) Эта проблема тесно связана с вопросом фиксации параметров, который был поднят в главе 9, а также с философскими/методологическими дискуссиями в главах 12 и 19.

Поскольку кварки не являются изолированными частицами, понятие их массы требует особого рассмотрения. В случае коротких временных интервалов и расстояний кварки движутся так, будто они являются свободными (асимптотическая свобода). Мы можем вычислить некоторые последствия такого движения, которые, разумеется, зависят от того, какое значение мы припишем массе кварков. Затем при сравнении результатов вычислений с экспериментальными данными мы определяем значение массы. Это хорошо работает в случае более тяжелых кварков. Для легких кварков более практичным способом является вычисление вклада их массы в массу содержащих их адронов, как описано в главе 9. Интуитивно под массой кварка мы понимаем массу голого кварка, свободного от окружающего его облака виртуальных частиц.