Union des forces cosmiques

1986/12/01 Martinez Lizarduikoa, Alfontso Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Surveillance de la zone vulnérable

Avec les symétries de Gauge à la tête, dans les années 70 et 80, les physiciens Weiberg et Salam ont commencé à étudier la force électromagnétique et la faible nucléaire pour unir les deux. Le problème est de trouver une autre symétrie aussi complexe que celle de la symétrie gauge. Ces zones pouvaient être exprimées de cette façon par un seul champ, démontrant que les deux sont le résultat d'une force plus fondamentale.

Par conséquent, la première étape à faire était de décrire la force faible par la symétrie gauge. Pour cela, il faut garder à l'esprit que les fractions de force faible sont leptois (électron et neutrino). En tenant compte de cela, Weiberg et Salam ont créé le concept de "symétrie isotopique du spin" dans le domaine de l'interaction faible. Cette symétrie mêle les identités des électrons et des neutrinos. Pour mieux le comprendre, nous imaginons un commandement de fiction.

En tournant ce commandement, on peut confondre l'identité des fractions nucléaires.

Lorsque l'indicateur est en haut, la fraction (ou fractions) est 100% électron. Comme l'indicateur tourne, le caractère de la fraction devient hybride. Une partie de la fraction est l'électron et le reste est neutre.
• Lorsque l'indicateur est en bas, l'électron est devenu neutrino.

Un même processus peut être réalisé avec deux indicateurs.

L'indicateur noir convertit les électrons en neutrinos. Tous blancs, les neutrinos électrons.

Dans ce cas, les populations réelles d'électrons et de neutrinos sont décrites. Les électrons captent une dose de neutrino et vice versa.
• Tous les électrons sont devenus neutrinos et les neutrinos sont des électrons. Toutes les particules ont changé d'identité.

Si on analyse ce processus du point de vue de la symétrie, on peut postuler un principe important: "Les forces nucléaires sont indépendantes de la position de l'indicateur". Cette invariance est appelée "symétrie isotopique du spin".

Cette invariante est une symétrie abstraite. Cette symétrie est générale. Et lorsque nous réduisons cette symétrie, de nouveaux champs de force sont créés pour équilibrer le changement d'échelle. Ces zones de force sont précisément celles qui décrivent la force faible. Les champs de force nécessaires pour exprimer la force faible sont trois, ce qui explique clairement que la symétrie sous la zone faible est beaucoup plus complexe que celle du champ électromagnétique. Pour quantifier ces trois champs, nous devons ajouter à chacun d'eux une particule (combien). Ces particules théoriques ont été appelées W + , W - et Z.

Suspension par symétrie

À ce stade, un nouveau problème se pose. Les zones de Gauge sont des zones de grande influence. Cela signifie que les fractions à unir avec ces zones doivent être de masse. Mais les masses que la théorie ajoute aux fractions W et Z sont grandes et avec cette agrégation disparaît la symétrie gauge.

Comment exprimer cette contradiction? Ce problème a été surmonté par le processus de "rupture de symétrie". Pour mieux comprendre ce processus, pensons que nous avons une surface comme celle qui apparaît sur l'image, avec une boule sur sa colline.

La structure que nous avons dans la figure 1 (a) est symétrique (symétrie rotationnelle), mais pas stable, car il est dans la force gravitationnelle. Cependant, si la boule s'égare (même si elle est peu) par rapport à sa position d'équilibre, elle commence à s'écouler sur la pente jusqu'à équilibrer sa position. Une fois l'équilibre atteint, la symétrie b) est devenue stabilité. Et dans cette structure stable la symétrie rotationnelle qui est gravitée continue d'exister, mais cachée. Et l'état réel du système ne peut expliquer les symétries des forces qui contrôlent ce système.

Il s'agit donc de zones de symétrie gauge dans la description de la force faible, qui ne peuvent exister dans une situation stable en exposant leur propre symétrie. C'est pourquoi, en brisant brusquement la symétrie, le champ est défait en créant un état stable et en éliminant la symétrie (au mieux en le cachant), en ajoutant de la masse aux fractions correspondant aux zones dans ce processus. Ainsi s'explique la grande masse des fractions W et Z.

Découverte de la force faible

Si la symétrie de la zone faible (par la symétrie isotopique du spin) veut relier ce champ au champ électromagnétique, pour les deux forces il faut créer une seule théorie: la théorie de la force électrofaible. Pour y parvenir, il faut inventer une autre symétrie nocturne plus profonde et complexe avec ce qui a été appris jusqu'à présent: Cette symétrie doit comporter des symétries de champs électromagnétiques et faibles.

De ce point de vue, nous aurons besoin de quatre champs pour décrire la force électro-faible; un électromagnétique et trois autres reliés par la force faible.

La théorie de cette nouvelle force unifiée a été confirmée en deux étapes. En 1971 tous les diagrammes d'interaction qui sont donnés dans cette théorie ont été analysés par des ordinateurs. Et il a été affirmé avec beaucoup de satisfaction que tous les infinis de cette théorie disparaissaient. La théorie, par conséquent, tout comme l'électrodynamique quantum, était renormalisée et parce que la structure de la nouvelle théorie est très symétrique.

La deuxième conformation a eu lieu en 1983. Cette année, les particules W et Z ont été observées expérimentalement dans l'accélérateur de fractions de Genève (2). A partir de ce moment historique de la science, les quatre forces de base présentes dans la nature sont devenus trois.

Naissance de la chromodynamique Quantum

En unissant l'électromangénisme et la faible force nucléaire, les scientifiques ont fait confiance à la symétrie nocturne et ont commencé immédiatement à effectuer les premiers essais pour unir la force électromangéniste avec la force violente.

La première étape à faire est d'ajouter à la force forte une structure de symétrie gauge. C'est-à-dire, symétrier le champ de la force nucléaire violente.

Pour effectuer ce travail, nous devons tenir compte des hadrons. Les hadrons sont des fractions qui interagissent dans le camp violent. Ces hadrons sont constitués d'unités simples appelées quark.

Comment définir ces quarks ? Chaque quark a incorporé une entité équivalente à la charge électrique. Cette charge équivalente est l'origine du champ. Cette charge est appelée “couleur”. Le champ électromagnétique est généré par une charge, mais pour exprimer l'interaction entre les quarks (appelé gluon) nous avons besoin de trois types de charges (trois couleurs) différentes. Selon cela, chaque quark peut apparaître en trois couleurs, rouge, vert et bleu.

Quelle sera la symétrie gauge ajoutée à chaque zone? Ceci est : Invariance de l'ensemble du système malgré le changement de couleur de chaque point de l'espace.

Autrement dit. Supposons une manette avec trois indicateurs (rouge, vert et bleu).

Sa signification générale est la symétrie gauge ajoutée aux couleurs des quarks.

Par conséquent, la force entre quarks (gluon) n'a pas toujours changé, bien qu'ils tournent des indicateurs qui mélangent les couleurs.

Lorsque trois couleurs apparaissent, la symétrie de la zone violente sera plus complexe, nous aurons donc besoin de plus de zones de force pour maintenir la symétrie réduite. En particulier, 8 nouvelles zones de force auxquelles 8 particules (8 gluons) sont ajoutées seront nécessaires. Rappelez-vous que le nombre de particules ajoutées au champ électromagnétique était un (photon) et trois (fractions W + , W et Z) à la force faible.

Un proton (un hadron) est formé de trois quarks. Parmi ces quarks, les gluons sont continuellement échangés et, par conséquent, les couleurs changent. Mais la loi de symétrie gauge dit que même si elles sont toujours des échanges, la somme des couleurs que nous avons à la fin (vert + bleu + rouge) doit être.

Sur cette symétrie de Gauge a été construit une branche importante de la physique: Chromodynamique quantum (QKD) (3).

Du point de vue de la chromodynamique Quantum, l'action de la Nature pour maintenir une symétrie abstraite est brutale. Ainsi, même si les couleurs des quarks changent, la couleur des hadrons reste blanche (vert + bleu + rouge).

Avec la fixation de QKD, les forces électromagnétiques, aussi faibles que violentes, ont une description en fonction de la zone gauge. De plus, deux de ces trois champs (électromagnétique et faible) sont unis. Est-il possible de trouver une symétrie suffisamment complexe pour transformer ces trois champs en un ?

A la recherche de la grande unité: Théories BHT (4)

Le problème de trouver une théorie BHT est mathématique. Et la résolution de ce problème n'est pas unique, mais multiple. D'où les différentes théories BHT en concurrence. Cependant, dans toutes ces théories, il existe des symétries qui mélangent la force de nombreuses particules. Pour unir la force électro-faible et violente, nous avons besoin de 22 champs de force, dont 12 sont connus, avec leurs particules ajoutées (photon, W + , W - , Z, 8 gluons). Nous appelons "Fraction X" les particules des 10 nouvelles forces à trouver.

Il donne une conclusion très importante dans les théories BHT. Selon ces théories, le proton doit se désintégrer après le temps. Dans toutes les théories physiques, le proton a été considéré comme une fraction stable et durable. Les théories BHT prédisent la mort du proton et donc on postule la disparition de toute la matière présente dans le cosmos, puisque la structure de la matière serait construite sur une fraction instable. Si ce type de prédiction était expérimentalement démontable, il aurait une grande importance de vérifier les théories BHT. Cependant, les problèmes technologiques que génère ce type de vérifications sont énormes. Analysons la situation.

Mort du proton

Basé sur le principe de l'insignifiance de Heisenberg, il est possible de relier l'énergie (ou la masse équivalente) à la distance. De ce point de vue, pour étudier de petites distances, nous avons besoin de très grandes énergies. La distance des fractions X est de 10 à 29 cm, distance d'interaction de ces particules. Combien d'énergie faut-il pour sonder des distances aussi petites?

L'univers de BHT est un million de fois inférieur à celui de QUARKS. Pour le sondage Quark, nous avons dû utiliser un accélérateur de fraction de 3 km (accélérateur linéaire Standford). Selon cela, pour sonder le monde BHT nous aurions besoin d'un accélérateur de la taille de notre système solaire. Cette limitation n'aura pas d'importance pour le philosophe, mais pour le scientifique immergé dans la physique expérimentale.

Par conséquent, l'étude de la désintégration du proton n'est pas possible aujourd'hui dans le laboratoire et n'est jamais nécessaire. Cependant, la Nature peut être considérée comme un grand laboratoire, dans lequel on analyse les phénomènes qui se produisent dans ce laboratoire cosmique. Ainsi, si la théorie la plus simple de BHT donne au proton une moyenne vive de 10 31 ans, cela signifie que si nous avons 10 31 protons un proton sera désintégré en un an.

Ainsi, si nous plaçons une très grande masse de matériel dans un endroit spécial (sous l'ombre de rayons cosmiques et neutrinos qui peuvent être efficaces dans l'expérience), il serait possible de détecter la désintégration de certains protons. Ces expériences sont menées dans de profondes galeries et des grottes pour freiner l'influence des rayons cosmiques et, comme nous le savons, jusqu'à présent aucun grand résultat n'a été obtenu (5).

Toutefois, si nous n'obtenons pas de résultats concrets, cela signifierait que les BHT les plus simples sont exclus. Parce que dans d'autres théories la vie du proton est beaucoup plus longue.

Ces expériences qui peuvent être réalisées actuellement et les monopoles magnétiques se trouvent dans les limites de la physique expérimentale. Et il semble que par ce chemin on ne voit pas une solution claire. C'est pourquoi, afin de dépasser les limites de la physique expérimentale, la physique théorique a surgi avec force et fermeté. Et de cette nouvelle voie on attend le développement actuel de la physique.

OBSERVATIONS

En anglais : Quantum Elctrodynamics (QED) Français: Quantification Elctrodynamique (EDC) en basque: Quantum Elektrodinamika (QED) Je considère que cette option de lettre pour l'euskera est la plus appropriée, puisque de cette façon l'anglais (langue internationale au niveau scientifique) et l'euskera convergent. Par conséquent, nous prendrons le mot quantum comme nom. Dans tous les cas, il serait également approprié d'utiliser des lettres anglaises. C.E.R.N. Un groupe dirigé par Carlo Rubbia (Centre Européen Crédits) vit en 1983 les bosons W + et W - et la particule Z. Pour cela ils ont dû concevoir un essai spécial et construire un talkador fractionnaire proton/antiproton. Pour tout cela, Carlo Rubbia et Simon Van der Meer ont reçu le prix Nobel de physique de 1984. En anglais : Quantum Chrodynamics (QCD) Français: Nº Chromodynamique (CDC) En basque : Quantum Chromodynamique (QKD) En anglais: Grand Unified Theories (GUT) Français: Grandes Théories unifiées (GTU) Euskera: Théories de l'Union Majeure (TMH) La nouvelle de la désintégration d'un proton a été répandue parmi les scientifiques ces derniers mois. Ce type d'observation doit être associé à d'autres pour pouvoir confirmer avec certitude que le proton se désintègre.