Первые три минуты - Стивен Вайнберг

Отставив в сторону все эти неопределенности, предположим, что существует истинно фундаментальная теория, характеризуемая шкалой энергий порядка от 1016 до 1019 ГэВ, при которой сильные, электрослабые и гравитационные взаимодействия объединяются. Возможно, это будет обычная перенормируемая квантовая теория поля, но в настоящий момент, если мы учитываем гравитацию, не ясно, как ее построить. Однако если она перенормируемая, то чем же тогда задается бесконечный набор констант связи, которые необходимы, чтобы поглотить все ультрафиолетовые расходимости такой теории? Как я считаю, ответ заключается в том, что квантовая теория поля, которая родилась около пятидесяти лет назад в результате объединения квантовой механики с теорией относительности, оказалась прекрасным, но не очень здоровым ребенком. Как указывали много лет назад Ландау и Челлен, квантовая теория поля при сверхвысоких энергиях подвержена болезням всех сортов — тахионы, духи и т. п. — и нужны специальные лекарства для того, чтобы она выжила. Один из способов избежать возможных болезней квантовой теории поля состоит в том, чтобы сделать ее перенормируемой и асимптотически свободной. Однако имеются и другие способы. Например, даже бесконечный набор констант связи может стремиться к некой фиксированной, отличной от нуля точке по мере роста к бесконечности энергии, при которой они измеряются. Но требование наличия такого характерного поведения обычно накладывает столь много ограничений на эти константы, что в результате остается только конечное число свободных параметров [61] — в точности как для теорий, перенормируемых в обычном смысле слова. Таким образом, я думаю, что тем или иным способом квантовая теория поля окажется упрямо ограничивающей возможные подходы, так что она позволит описать лишь небольшое число возможных миров, среди которых, как мы надеемся, находится и наш мир.

Кажется, я склонен быть чересчур оптимистичным относительно будущего физики. И ничто так не заставляет меня быть оптимистом, как открытие нарушенных симметрий. В седьмой книге своего труда «Государство» Платон описывает прикованных в пещере узников, которые могут видеть лишь тени, отбрасываемые на стены пещеры предметами из внешнего мира. А когда узников выпускают из пещеры на свет, глаза их настолько поражены сиянием, что в течение некоторого времени они думают, будто тени, которые они видели в пещере, действительно достовернее тех вещей, которые им сейчас показывают. Но постепенно их восприятие мира проясняется, и они начинают понимать, насколько прекрасен настоящий мир. Мы как раз находимся в такой пещере, прикованные ограничениями на возможные типы экспериментов, доступных нам. В частности, мы можем изучать вещество лишь при относительно низких температурах, когда симметрии, по всей видимости, спонтанно нарушены, и потому природа не представляется здесь очень простой или единой. Мы не можем выбраться из этой пещеры, но если долго и терпеливо смотреть на тени на ее стенах, то можно, по крайней мере, уловить формы симметрии, которые, даже будучи разрушенными, являются точными принципами, управляющими всеми явлениями природы, проявлением красоты внешнего мира.

Здесь удалось привести ссылки лишь на малую часть статей, посвященных тематике, обсуждавшейся мною в этой лекции. Дополнительные ссылки можно найти в следующих обзорах:

Abers Е.S., Lee В.W. Gauge Theories. — Phys. Rept. Ser. С, 1973, v. 9, № 1.

Marciano W., Pagels H. Quantum Chromodynamics. — Ibid., 1978, v. 36, № 3.

T а у l о r J.С. Gauge Theories of Weak Interactions. — Cambridge Univ. Press, 1976.

Цитированная литература

[1] Tuve M.A., Heydenberg N., Hafstad L.R. — Phys. Rev., 1936, v. 50, p. 806.

Вreit G., Condon E.V., Present B.D. — Ibid., p. 825.

Breit G., Fepnberg E. — Ibid., p. 850.

[2] Gell — Mann M. — Phys. Rev., 1953, v. 92, p. 833.

Nakano Т., Nishijima K. — Progr. Theor. Phys., 1955, v. 10, p. 581.

[3] Lee T.D., Yang C.N. — Phys. Rev., 1956, v. 104, p. 254.

Wu C.S. et al. — Ibid., 1957, v. 105. p. 1413.

Garwin R., Lederman L., Weinrich M. — Ibid., p. 1415.

Friedman J.I., Telegdi V. L. — Ibid., p. 1681.

[4] Gell — Mann M. Cal. Tech. Synchrotron Laboratory Report CTSL-20 — 1961, (unpublished).

Neeman Y. — Nucl. Phys., 1961, v. 26, p. 222.

[5] Fоск V. — Zs. Phys., 1927, Bd. 39, S. 226.

Weуl H. — Ibid., 1929, Bd. 56, S. 330.

Название «калибровочная инвариантность» основано на аналогии с более ранними гипотезами:

Weyl Н. — In: Raum, Zeit, Materie. — 3rd ed. — Springer, 1920. См. также:

London F. — Zs. Phys., 1927, Bd. 42, S. 375. Обзор истории вопроса дается в лекции Ч.Н. Янга в City College, 1977.

[6] Yang С.N., Mills R.L. — Phys. Rev., 1954, v. 96, p. 191.

[7] Gоldstоne J. — Nuovo Cimento, 1961, v. 19, p. 154.

[8] Goldstone J., Salam A., Weinberg S. — Phys. Rev., 1962, v. 127, p. 965.

[9] Higgs P.W. — Phys. Lett., 1964, v. 12, p. 132; v. 13, p. 508; Phys. Rev., 1966, v. 145, p. 1156.

Kibble T.W.B. — Phys. Rev., 1967, v. 155, p. 1554.

Guralnik C.S., Hagen C.R., Kibble T.W.B. — Phys. Rev. Lett., 1964, v. 13, p. 585.

Englert F., Brout B. — Ibid., p. 321.

См. также: Anderson P.W. — Phys. Rev., 1963, v. 130, p. 439.

[10] Adler S.L. — Phys. Rev. Lett., 1965, v. 14, p. 1051; Phys. Rev. Ser. B, 1965, v. 140, p. 736.

Weisberger W.I. — Phys. Rev. Lett., 1965, v. 14, p. 1047; Phys. Rev., 1966, v. 143, p. 1302.

[11] Gell — Mann M. — Physics, 1964, v. 1, p. 63.

[12] Nambu Y, Jona-Lasinio G. — Phys. Rev., 1961, v. 122, p. 345; 1961, v. 124, p. 246.

Nambu Y., Lurie D. — Ibid., 1962, v. 125, p. 1429.

Nambu Y., Shrauner E. — Ibid., 1962, v. 128, p. 862.

См. также: Gell — Mann M., Levy M. — Nuovo Cimento, 1960. v. 16, p. 705.

[13] Goldberger М.L., Miyazawa Н., Оеhmе R. — Phys. Rev., 1955 v. 99, p. 986.

[14] Goldberger M.L., Treiman S.B — Ibid., 1958, v. Ill, p. 354.

[15] Veinberg S. — Phys. Rev. Lett., 1966, v. 16, p. 879; v. 17, p. 336; 1967, v. 18, p. 188; Phys. Rev., 1967, v. 166, p. 1568.

[16] Oppenheimer J.R. — Phys. Rev., 1930, v. 35, p. 461.

Waller I. — Zs. Phys., 1930, Bd. 51, S. 168; Bd. 62, S. 673.

[17] Feyman R.P. — Rev. Mod. Phys., 1948, v. 20, p. 367; Phys. Rev., 1948, v. 74, p. 939; 1430; 1949, v. 76, p. 749, 769; 1950, v. 80, p. 440.

Schwinger J.W. — Ibid., 1948, v. 73, p. 146; v. 74, p. 1439; 1949, v. 75, p. 651; v. 76, p. 790; 1951, v. 82, p. 664, 914; 1953, v. 91, p. 713; Proc. Nat. Acad. Sci., 1951, v. 37, p. 452.

Tomonaga S. — Progr. Theor. Phys., 1946, v. 1, p. 27.

Коba Z., Tati Т., Tomonaga S., — Ibid., 1947, v. 2, p. 101.

Kanazawa S., Tomonaga S. — Ibid., 1948, v. 3, p. 276.

Koba Z., Tomonaga S. — Ibid, 1948, v. 3, p. 290.

[18] Ранее выдвигались предположения о том, что бесконечности можно удалить из квантовой теории поля таким способом. См. Weisskopf V.F. — Коп. Dansk. Vid. Mat.-Fys. Mcdd., 1936, Bd. 15, Nr. 6, особенно с. 34 и с. 5–6.

Kramers Н. (не опубликовано).

[19] Dyson F.J. — Phys. Rev., 1949, v. 75, p. 486, 1736.

[20] Weinberg S. — Ibid., 1957, v. 106, p. 1301.

[21] Weinberg S. — Ibid., 1960. v. 118, p. 838.

[22] Salam A. — Ibid., 1951. v. 82, p. 217; v. 84, p. 426.

[23] Weinberg S. — Phys. Rev. Lett., 1967, v. 18, p. 507.

[24] О пеперенормируемости теорий с внутренне нарушенными калибровочными симметриями см.:

Komar A., Salam А. — Nucl. Phys., 1960, v. 21, p. 624.

Umezawa H., Kamefuchi S. — Ibid., 1961, v. 23, p. 399.

Kamefuchi S., O'Raifeartaigh L., Salam A. — Ibid., 1961, v. 28, p. 529.

Salam A. — Phys. Rev., 1962, v. 128, p. 331.

Veltman M. — Nucl. Phys. Ser. B, 1968, v. 7, p. 637; v. 21, p. 288.

Boulware D. — Ann. of Phys., 1970, v. 56, p. 140.

[25] Эта работа была вкратце упомянута в [23] (сноска).

[26] Weinberg S. — Phys. Rev. Lett., 1967, v. 19, p. 1264.

[27] Salam A. In: Elementary Particle Physics: Nobel Symposium No. 8/Ed. N. Svartholm — Stockholm: Almnuist and Wilsell, 1968. — P. 367.

[28] De Witt B. — Phys. Rev. Lett., 1964, v. 12, p. 742; Phys. Rev., 1967, v. 162, p. 1195.

Faddeev L.D., Popov V.N. — Phys. Lett. Ser. B, 1967, v. 25, p. 29.

См. также: Feynman B.P. — Acta Phys. Pol., 1963, v. 24, p. 697.

Mandelstam S. — Phys. Rev., 1968, v. 175, p. 1580.

[29] См.: Stuller L. Ph. D. Thesis M. I. T. — 1971 (не опубликовано).

[30] Моя работа с унитарной калибровкой описана в статье: Weinberg S. — Phys. Rev. Lett., 1971, v. 27, p. 1688, а более детально в статье: Weinberg S. — Phys. Rev. Ser. D, 1973, v. 7, p. 1068.

[31] 't Нооft G. — Nucl. Phys. Ser. B, 1971, v. 35, p. 167.

[32] Lee B.W., Zinn — Justin J. — Phys. Rev. Ser. D, 1972, p. 3121, 3137, 3155.

't Hooft G.,Veltman M.- Nucl. Phys. Ser. B, 1972, v. 44, p. 189, v. 50, p. 318.

[33] Beechi C., Rouet A., Stora R. — Comm. Math. Phys., 1975, v. 42, p. 127.

[34] Lee B.W. — Phys. Rev. Ser. D, 1972, v. 5, p. 823.

[35] Gamow G., Teller E. — Phys. Rev., 1937, v. 51, p. 288.

Kemmer N. — Phys. Rev., 1937, v. 52, p. 906.

Wentzel G. — Helv. Phys. Acta, 1937, v. 10, p. 108.

Bludman S. — Nuovo Cimento, 1958, v. 8, p. 234.

[36] Glashоw S. L. — Ibid., 1961, v. 22, p. 519.

Salam A., Ward J.C. — Phys. Lett., 1964, v. 13, p. 168.

[37] Weinberg S. — Phys. Rev., 1972, v. 5, p. 1412.

[38] Cundy D.С. et al. — Phys. Lett. Ser. B, 1970, v. 31, p. 478.

[39] Первые сведения о нейтральных токах были получены на пузырьковой камере «Гаргамель» в ЦЕРНе:

Hasert F.J. et al., Phys. Lett. Ser. B, 1973, v. 46, p. 121, 138.

См. также: Musset P. — J. de Phys., 1973, t. 11/12, p. T34.

Примерно в то же время безмюонные события наблюдались группой HPWF в лаборатории им. Ферми, но после задержки с публикацией их статьи они перестроили детектор и после этого вначале не смогли обнаружить сигнал от нейтральных токов. Эта группа опубликовала сведения о нейтральных токах в статье:

Benvenuti A. et al. — Phys. Rev. Lett., 1974, v. 32, p. 800.