Объединение сил природы может оказаться проще, чем прогнозировали физики.

В ОДИН прекрасный СОЛНЕЧНЫЙ ДЕНЬ, один из нас (Диксон), отправляясь в аэропорт Хитроу, сел в метро на станции Mile End. Наблюдая за случайного человека, один из 3 млн, которые каждый день путешествуют в лондонском метро, невольно начал задаваться вопросом, какова вероятность того, что один и тот же человек будет выступать, например, на станции Уимблдон. Как это рассчитать, если незнакомец может выбрать любой маршрут? Он вдруг понял, что интересующие его вопрос напоминает проблему, с которой сталкиваются физики, пытаясь предугадать результат столкновения элементарных частиц.

Большой Адронный Коллайдер (LHC – Large Hadron Collider) в ЦЕРНЕ под Женевы, крупнейший современный аппарат исследования, разработана, чтобы исследовать «мусор», возникающий в результате столкновений протонов, которые мчатся навстречу друг другу почти так же быстро, как свет. Строительство адронного и детекторов требовала самых передовых методов. Интерпретация полученных результатов еще сложнее. На первый взгляд это может удивлять. Стандартная модель для элементарных частиц имеет твердую позицию и теоретики регулярно его используют для предсказания результатов экспериментов. С этой целью мы используем метод, который более 60 лет назад предложил знаменитый физик Ричард Фейнман. Во время учебы он встречает ее каждый будущий исследователь элементарных частиц. Все книги и статьи, посвященные физике элементарных частиц, предназначенное для широкого круга читателей, основаны на концепции Фейнмана.

Однако в случае последних проблем, этот метод оказывается недостаточным. Позволяет, правда, интуитивно, приблизительно описать простейшие процессы, но становится безнадежно тяжелая, когда нужно решать более сложные, требующие большей точности проблемы. Прогнозирование результате столкновения частиц-это гораздо более серьезный вызов, чем угадать, где будет пассажир метро. Все компьютеры в мире, работая вместе, не могут генерировать ответы на вопрос, какие частицы могут возникнуть в результате довольно типичного столкновения. Если теоретики не могут точно сформулировать прогнозы в случае известных законов физики и известных форм материи, то как справимся с этим, когда благодаря LHC мы обнаружим что-то совершенно новое? Вероятно, данные, которые уже собраны с помощью адронного, кроются ответы на несколько важных вопросов, но мы по-прежнему бродим тут, в темноте, потому что мы не можем решить уравнения Стандартной Модели с достаточной точностью.
В последние годы в трех, сотрудничая с нашими коллегами, мы разработали новый метод анализа процессов с участием частиц, которая позволяет избежать усложнения техники Фейнмана. Так называемый метод unitarności является очень экономичной процедурой предсказать, что сделает незнакомец из метро. Ее идея основана на наблюдении, что пассажир в каждой точке выбора, по сути, довольно ограниченную свободу решения, а отдельным критериям можно отнести некоторую вероятность. Благодаря новому методу удалось понять несколько теоретических проблем из области элементарных частиц, которые раньше казались недоступными. Их решение позволяет с недостижимую ранее точностью сформулировать прогнозирования текущих теории, что дает шанс на обретение новых открытий, если они сделаны. Метод предоставил также ряд результатов, касающихся wyidealizowanej теории, соответствующей для Стандартной Модели, которая особенно интересует физиков, являясь промежуточным этапом на пути к полной унификации законов природы.

Обращение к unitarności это больше, чем полезный трюк актуарная – склоняется, чтобы посмотреть на вновь теориям взаимодействия частиц, которыми управляют неожиданные симметрии, отражающие niedocenianą элегантность Стандартной Модели. Одним из достижений является неожиданный поворот в kilkudziesięcioletnich попытках соединение квантовой механики и einsteinowskiej теории тяготения в единое, квантовую теорию гравитации. До семидесятых годов физики считали, что гравитация напоминает другие силы в природе и старались включить его в существующие теории. Однако, когда они попытались применить метод Фейнмана, либо были получены бессмысленные результаты, либо проявляли себя беспомощным против математических задач. Все указывало так, что гравитация не обычная сила. Отговорили этом физики стали искать совершенно новых теорий, таких как supersymetria, а потом теория струн.
Используя метод unitarności, мы выполнили расчеты, которыми интересовались уже в восьмидесятые годы, хотя тогда казалось, слишком сложно. Мы убедились, что предсказывал тогда противоречия на самом деле не происходит. Оказалось, что гравитация напоминает другие силы, хотя имеет в себе что-то удивительно – ведет себя как «в два раза копия» воздействия сильного, который отвечает за связь нуклонов в ядре. Носителем воздействия сильного являются частицы, называемые gluonami; носителем гравитации должны быть гравитон. Новинка заключается в том, что каждый grawiton должен вести себя как два склеенных между собой gluony. Такая концепция очень удивительно и даже эксперты не могут объяснить ее смысл. Несмотря на это, картинка для удвоения резервного дает новую перспективу примирения гравитации с другими воздействиями.

МАСЛЕНИЦА..
сила и полезность метода фейнмана вытекают отсюда, что она является точным графическим положением, позволяющим выполнять крайне сложные вычисления. Она основана на диаграммах, изображающих, как два (или более) частицы взаимодействуют между собой в процессе столкновения или разгона. В каждом научном центре, который занимается физикой элементарных частиц, можно найти много таблиц, сохраненных такими диаграммами. Чтобы получить количественные предсказания, теоретик рисует много схем, и каждый из них представляет возможный ход столкновения. Это аналогия показания одной из дорог, которую может выбрать пассажир метро. Следуя подробным рецептом, разработанным Фейнмана и его коллег, особенно Фримана Дайсона, теоретики приписывают каждому диаграмма определенное количество выражающееся вероятность того, что процесс происходит именно таким образом.

Загвоздка в том, что число диаграмм, которые можно нарисовать, в принципе, бесконечно. В случае elektrodynamiki квантовой (QED), теории, описывающей взаимодействие электронов с фотонами, который занимался Фейнман, количество диаграмм не является проблемой. Сила воздействия электромагнитного выражает стала обратной связи равна приблизительно 1/137. Ее небольшая стоимость делает более сложные диаграммы получают в расчетах, низкий вес и, в результате, часто их можно пропустить. Это как если бы предположить, что пассажир метро, выбирая только самые простые трассы.
Двадцать лет спустя физики применили диаграммы Фейнмана для воздействия сильных. В описывающей их теории, названной по аналогии с QED chromodynamiką квантовую (QCD), также там стояла обратной связи, но, как и предполагает слово «сильный», она больше, чем в случае электромагнитных сил. Больше стала обратной связи приводит к тому, что теоретики в своих расчетах должны учитывать более сложных схем. В случае, если пассажира метро это означает, что благоволит он в окружных трассах. К счастью, для очень малых расстояний, особенно важных на наличие столкновений в LHC, обратная связь уменьшается, и в случае самых простых столкновений можно ограничиться несложных диаграмм Фейнмана.

Однако, когда мы переходим к более сложным столкновения, вам придется столкнуться со всей сложностью проблемы. Диаграммы Фейнмана сортируются по количеству линий и петель [кадр ниже]. Петли представляют собой один из основных элементов квантовой теории, какой является появление виртуальных частиц. Хотя их нельзя непосредственно наблюдать, имеют заметное влияние на силу воздействия. Они подчиняются всем обычным законам физики, таким как закон сохранения заряда и импульса, ведь одним исключением: их масса может варьироваться от массы частиц «реальных» (т. е. дающих наблюдать). Петли представляют короткую жизнь таких частиц, которые внезапно появляются, преодолевают небольшое расстояние и исчезают. Масса определяет ожидаемое время их жизни: чем они тяжелее, тем меньше живут.

Простейшие диаграммы Фейнмана пропускают частицы виртуальные; не возникают на них закрытые петли. Мы называем их диаграммами drzewowymi. В elektrodynamice квантово-самый простой из возможных схем представляет два электрона, которые отталкиваются, перечислив фотон. Схемы становятся все более сложными, когда одна за другой появляются следующие петли. Физики связывают добавление новых элементов на диаграммах со счетом расстройств. Понимают, что отправной точкой является некоторое приближение описаны схема drzewowy, к которой добавляется еще исправления (петли). Например, фотон проходит между двумя электронами может самопроизвольно развалиться на виртуальный электрон и виртуальный antyelektron, которые через некоторое время anihilują друг с другом, давая фотон, который движется дальше, так, как biegłby первичный фотон. На следующем уровне сложности электрон и antyelektron могут же быть chwilowemu разлагается. С ростом числа виртуальных частиц диаграммы все более подробно описывают явления, квантовые.