"

Мы привыкли винить потребительский век

Что измельчал прогресс, что стих открытий бег

Что в мотивах людских прикладной интерес

Сегодня стал важней абстрактных тайн небес

Но фундамент наук о природе вещей

Не по людской вине чем глубже, тем сложней:

Мы так ждём новостей от частиц и полей,

Но нет устройств, чтоб к ним пройти сквозь цепь нулей

В 1950-1960-х годах открытия в физике элементарных частиц сыпались как из рога изобилия. Казалось, вот-вот будет построена "теория всего". Но затем прогресс затормозился, и вовсе не по вине "измельчания" людей, как часто считается. Просто проверка новых теорий стала требовать устройств со всё более астрономическими свойствами: предсказываемые ими частицы имели параметры с гораздо большим количеством нулей, к чем те, к которым все привыкли.

В дни чудес

Мир был так прост и строен -

Тайн поток

Жизни дарил земной

Но ответь,

Как нам кольцо построить

С Млечный путь

Величиной?

Здесь отсылка к песне "Последнее кольцо", где для проверки единых теорий пришлось строить ускоритель размером с галактику. Например, чтобы разгонять частицы до планковских масс, сравнимых с массой инфузории (а по энергии сравнимых с кинетической энергией автомобиля - и это так надо разогнать одну частицу!).

Ускоритель частиц можно сделать мощней

Продлить кольцо - найти частицы тяжелей

И открытий поток так волшебно сиял,

Пока размер устройств препятствием не стал

Стометровых колец на начале пути

Хватило, чтоб открыть все лямбды-дельты-кси ,

Современная физика классифицирует частицы следующим образом.

Промежуточные бозоны - это переносчики четырёх полей, фундаментальных взаимодействий - гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого ядерных. Долгое время из них был известен лишь один фотон, ответственный за электромагнитное поле.

Фермионы - это частицы, составляющие не поле, а вещество. До середины века из них были известны протон, нейтрон и электрон. Но в середине века новые фермионы посыпались как из рога изобилия благодаря появлению новых ускорителей размерами колец до 100 м. Например, упомянутые лямбда, дельта, кси и омега.

Кварки все предсказать и увидеть черты

Для всех полей одной теории мечты

Открытых фермионов было много, но все они хорошо ложились в теорию, что в мире есть лишь 12 фундаментальных фермионов: кварки u, c, t, d, s, b (первые три с зарядом +2/3, другие три - с зарядом -1/3), лептоны электрон, мюон, таон (с зарядом -1) и 3 вида нейтрино для каждого из них (с зарядом 0). Большинство частиц были комбинациями кварков. Например, протон = uud (заряд +1), нейтрон - udd (заряд 0), дельта++ = uuu, дельта- - ddd, лямбда = uds, омега = sss. Подавляющая часть вселенной состояла из кварков u и d, электрона и электронного нейтрино. В частности, из них состояли все стабильные атомы.

Казалось, теория всего близка. 12 частиц, из них в реальной жизни в основном используются 4 (u, d, электрон и электронное антинейтрино). Большинство были открыты к концу 1960-х, отдельные - лишь предсказаны, но открыты до конца 20 века. Пример, последний кварк - t - был обнаружен в 1990-х годах.

Но всё это касается вещества, а помимо него во вселенной существует 4 вида полей. И для них единую теорию оказалось построить было куда сложнее.

В дни чудес

Вайнберг, Салам и ГлЭшоw

Двух полей

Общий закон нашли,

Но под ним

Тройка частиц новейших:

Их поймать

Мы не могли

В 1930-х годах Эйнштейн предпринял безуспешную попытку создать единую теорию гравитационного и электромагнитного поля, не зная, что кроме них есть ешё два (сильное и слабое ядерное взаимодействия).

В середине 20 века, вооружённые новыми данными, Вайнберг, Салам и Глэшоу, построили реально работающую теорию, но для двух других полей - электромагнитного и слабого (теория электрослабого взаимодействия). Но оказалось, что промежуточные бозоны для этой теории - Z, W и Хиггс - должны быть весьма экзотичными. В частности, иметь массу, причём огромную - на пару порядков больше протона. Ни один ускоритель того времени не мог их поймать, и таким образом проверить теорию.

Лямбды-дельты-омеги-кси -

Все их массы лежат вблизи

На протон и нейтрон все похожи они

Все открыты подряд в те дни

А в теории двух полей

Три частицы куда хитрей:

И протонов и дельт в сотню раз тяжелей

И поймать их в 100 раз трудней

Поток открытий середины 20 века был связан с тем, что открывались фермионы, частицы близкие по кварковой структуре и массе к протону и нейтрону. Это создало иллюзию, что мир очень легко стал познаваем. Но открыть три новых бозона для электрослабой теории оказалось куда труднее в силу их масс.

Пятьдесят долгих лет лишь на первую цель -

Проверить двух полей cтандартную модель

Три бозона нашлись в ускорителях ЦЕРН,

Километраж которых - 7 и 27

Сказочные бозоны всё-таки были открыты, но на ускорителях длинами порядка 10 км (в 100 раз длиней старых). W и Z - в 1980 году на новом 7-километровом ускорителе в ЦЕРН, а Хиггс - в 2010-х годах на знаменитом "Большом адронном коллайдере" того же ЦЕРНа длиной 27 км. Таким образом, теория была с большим трудом проверена лишь через 50 лет после создания.

А для трёх-четырёх совмещённых полей

Открытий нет и близко - как ни сожалей

Вероятно, опять наши кольца малы?

В 100 000 раз длиной своей не подошли...

Не стоит забывать, что Вайнберг-Салам-Глэшоу создали единую теорию лишь для 2 полей - электромагнитного и слабого. Как "поженить" её с остальными взаимодействиями - до сих пор загадка. Было много попыток построить единые теории 3-4 полей, но все они предсказывали новые бозоны, найти которые пока не удалось. В частности, до сих пор не открыт гравитон.

Уже в 1980 году Вайнберг сказал, что физика близка к большому кризису: теорию 2 полей худо-бедно подтвердят, но единые теории 3-4 полей требуют экспериментов астрономических размеров. По сей день его слова верны: никаких серьёзных свидетельств в пользу тех или иных предложенных теорий "великого объединения" с числом полей выше 2 не найдено.

В дни чудес

Мир был так прост и строен -

Тайн поток

Жизни дарил земной

Но ответь,

Как нам кольцо построить

С Млечный путь

Величиной?