Фундаментальные частицы минимальной su(5)-модели

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФЕРМИОНЫ						ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ
Кварки			Лептоны			БОЗОНЫ
частица	античастица	частица		античастица	частица		античастица
u(k,ç,c)		e^-		e^+	W^+		W^-
d(k,ç,c)					Z
s(k,ç,c)		^-		^+
c(k,ç,c)					8 глюонов
b(k,ç,c)		^-		^+	X(k,ç,c)
t(k,ç,c)					Y(k,ç,c)

Важнейшее свойство X и Y-бозонов то, что они участвуют в процессах, не сохраняющих барионный и лептонный заряды. Эти бозоны, являясь переносчиками сил Великого Объединения, соединяют двухкварковые и кварк-лептонные вилки (рис.13.5), что одновременно нарушает законы сохранения барионного и лептонного зарядов.

Рис. 13.5. Примеры диаграмм с участием X и Y-бозонов

Если систему частиц, нагретую до температур выше точки Ве-ликого Объединения (T>T_GU10^28-29 K), подвергнуть охлаждению, то она, согласно ТВО, испытает 2 фундаментальных фазовых перехода с понижением степени симметрии:

1. Ïðè T10²⁸ K наступит конец Великого Объединения и сильное взаимодействие отделится от электрослабого. При этом переносчики сил Великого Объединения X и Y-бозоны приобретают массы 10¹⁵-10¹⁶ ГэВ/с. Остальные частицы остаются безмассовыми.

2. Ïðè T10¹⁵ K (это соответствует энергии частиц 100 ГэВ) разрушится электрослабая симметрия и слабое взаимодействие отделится от электромагнитного. В этот момент кварки, лептоны и промежуточные бозоны (W, Z) приобретают массы.

Оба фазовых перехода с понижением степени симметрии происходят самопроизвольно (спонтанно) и поэтому носят название спонтанного нарушения симметрии. Это явление имеет довольно общий характер и хорошо известно в физике. О спонтанном нарушении симметрии говорят тогда, когда уравнения (или гамильтониан), описывающие систему обладают определенной симметрией, а основное (т.е. устойчивое) состояние системы такой симметрией не обладает. В этом случае симметричные состояния (расположенные выше основного) неустойчивы и спонтанно за счет сверхмалых (практически нулевых) возмущений переходят в несимметричные устойчивые состояния. Примерами такого рода процессов в физике являются - спонтанное намагничивание твердого тела ниже температуры Кюри - ферромагнетизм; кристаллизация жидкости ниже критической температуры; конденсация паров воды; сверхпроводимость. Более наглядные примеры: падение вертикально поставленной иглы и скатывание шарика, помещенного на вершину поверхности, имеющей форму круглого мексиканского сомбреро. В обоих этих случаях спонтанно нарушается цилиндрическая симметрия. Кроме того, видно, что спонтанное нарушение симметрии тесно связано с вырождением основного состояния (игла может упасть, а шарик скатиться различными способами).

В современной квантовой теории поля спонтанное нарушение симметрии осуществляется с помощью гипотетического механизма, впервые предложенного Хиггсом в 1964 г. Этот механизм постулирует существование нейтральных бесспиновых частиц h - бозонов Хиггса (или, просто “хиггсов”), непосредственно участвующих в появлении массы у элементарных частиц. “Хиггс” пока не найдет. На LEP II его ищут в реакции e⁺+e^-Z+h. Поиск хиггса - важная задача физики высоких энергий. Она - в программе экспериментов на LHC. Определенно известно, что m_hc²>78 ГэВ и, возможно, <200 ГэВ. Рассмотрение механизма Хиггса выходит за рамки данного курса.