Tiền thưởng cho vi phạm

19

TIN KHOA HỌC

PHÍ CHO VI PHẠM

Giải Nobel Vật lý năm 2008 được trao cho nghiên cứu lý thuyết cơ bản về sự phá vỡ sự đối xứng toàn cầu trong thế giới của các hạt cơ bản. Bản thân phí bảo hiểm cũng không đối xứng. Một nửa giải thưởng thuộc về nhà vật lý người Mỹ gốc Nhật 87 tuổi Yoichiro Nambu (Viện Enrico Fermi thuộc Đại học Chicago, Mỹ). Ông đã hoàn thành công trình chính của mình cách đây hơn 50 năm (cùng với nhà vật lý người Ý Giovanni Jona-Lazigno) tại Đại học Osaka (Nhật Bản). Lời lẽ của giải thưởng là “dành cho những ý tưởng tiên phong về khả năng phá vỡ tính đối xứng bất đối một cách tự phát”. Nửa giải sau được chia cho hai nhà vật lý Nhật Bản, Makoto Kobayashi (Trung tâm nghiên cứu máy gia tốc năng lượng cao, Tsukuba, Nhật Bản) và Toshihide Maskawa (Viện Vật lý lý thuyết, Đại học Kyoto, Nhật Bản) “vì khám phá của họ về bản chất của sự đối xứng bị phá vỡ, tiên đoán sự tồn tại của ít nhất ba họ quark trong tự nhiên”. Để hiểu được những công thức này không phải là điều dễ dàng. Có vẻ như trong vấn đề phá vỡ tính đối xứng, khái niệm “đối xứng” không quá phức tạp. Tuy nhiên, chúng ta không nói về những đối xứng không gian tầm thường, ví dụ như trong tinh thể. Trở lại năm 1927, người tạo ra địa hóa học, nhà khoa học tự nhiên và triết gia V.I. Vernadsky viết: “Điều mới trong khoa học không phải là việc xác định nguyên lý đối xứng mà là việc xác định tính phổ quát của nó”. Khái niệm hiện đại về tính đối xứng bao gồm: a) một vật thể hoặc hiện tượng mà tính đối xứng của nó đang được xem xét; b) các phép biến đổi liên quan đến tính đối xứng; c) tính bất biến (bất biến, bảo toàn) một số tính chất của đối tượng, thể hiện tính đối xứng đang được đề cập. Khái niệm đối xứng này rộng hơn khái niệm “quy luật tự nhiên”. Chúng ta có thể nói rằng tính đối xứng tạo ra các quy luật và làm nền tảng cho chúng. Ví dụ, tính đối xứng của sự vận chuyển song song trong không gian (hay nói cách khác là tính đồng nhất của không gian) tương ứng với định luật bảo toàn động lượng; tính đối xứng chuyển dịch của thời điểm bắt đầu (sự đồng đều của thời gian) tương ứng với định luật bảo toàn năng lượng. Những sự đối xứng phức tạp hơn nhiều và không hoàn toàn rõ ràng có thể được phát hiện trong thế giới của các hạt cơ bản. Đối xứng bất đối (trong hóa học là thuận tay phải hoặc thuận tay trái) trong trường hợp các hạt hạ nguyên tử là sự bất biến của các phương trình mô tả hành vi của chúng đối với những thay đổi trong cái gọi là độ xoắn ẩn của các hạt.

Makoto Kobayashi

01_24.p65

Toshihide Maskawa

Theo giả thuyết Nambu, do sự tương tác của các hạt với chân không vật lý, tính đối xứng bên trong này có thể bị phá vỡ một cách tự phát với xác suất hữu hạn. Đối tượng có tính chất biến đổi trong mô hình Nambu là những hạt rất nhỏ giả định, từ đó, trong trường hợp phá vỡ đối xứng, các meson, baryon và hyperon có thể được “hình thành”. Vào thời điểm đó, hàng chục cái sau đã được phát hiện tại các máy gia tốc, và chẳng bao lâu sau, số lượng của chúng đã vượt quá ba trăm - cả một “vườn thú” xuất hiện, như các nhà vật lý đã nói đùa khi đó. Công việc của Nambu và Jon-Lazinho là nỗ lực đầu tiên nhằm lập lại trật tự trong “vườn thú” này, nhằm xác định các “khối xây dựng của sự tồn tại” cơ bản nhất. 10 năm sau (1964) bà đã chuẩn bị cho sự xuất hiện của mô hình quark của hadron. Công trình của Kobayashi và Maskawa liên quan đến sự vi phạm hai đối xứng khác trong thế giới của các hạt cơ bản - không gian và điện tích. Sự đối xứng không gian trong trường hợp này được liên kết với hình ảnh phản chiếu. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta đã quen với việc trong gương, trái đổi thành phải và ngược lại. Về các vật thể vi mô của vật lý hiện đại, sau khi biến đổi sự phản chiếu, biến thành “đối cực” của chúng, chúng được cho là số lẻ (“độ chẵn lẻ” của chúng là -1). Trong thế giới hạt cơ bản có cả hạt chẵn và hạt lẻ. Các quy tắc liên quan đến việc duy trì tính chẵn lẻ trong các quy trình của thế giới vi mô được coi là biểu hiện của tính đối xứng P (từ tính chẵn lẻ trong tiếng Anh). Đối xứng điện tích được hiểu là sự bảo toàn tổng các điện tích, mỗi điện tích riêng biệt - điện, baryon và lepton, trong các quá trình tương tác giữa các vật thể với nhau. Đối với hạt và phản hạt, các điện tích này có dấu trái dấu. Đối xứng điện tích được chỉ định là đối xứng C (điện tích). Năm 1956, một vi phạm về chẵn lẻ đã được phát hiện - hóa ra quy tắc bảo toàn chẵn lẻ không phải là luật. Sau đó, vào năm 1957, giả thuyết bảo toàn “tính chẵn lẻ kết hợp”, cái gọi là tính bất biến CP, được đưa ra - nếu tính chẵn lẻ thay đổi, thì dấu của các điện tích cũng phải thay đổi theo nó, tức là các hạt phải được thay thế bằng phản hạt (L. Landau, T. Lee, A. Salam và C. Yang). Sự xác nhận thực nghiệm ngay sau đó (nhà vật lý thực nghiệm tài năng Ts. Wu). Giả thuyết đã trở thành một định luật. Khi giả thuyết 3 quark của Hellmann và Zweig xuất hiện vào năm 1964, người ta đã tính đến định luật này. Và đột nhiên, cùng lúc đó, một trường hợp vi phạm tính bất biến CP được phát hiện (trong các thí nghiệm nghiên cứu sự phân rã của Kmeson trung tính). Có vẻ như giả thuyết quark đã bị bác bỏ. Nhưng chính lúc đó Kobayashi và Maskawa đã đưa ra giả thuyết của mình về khả năng sự đối xứng này bị phá vỡ một cách tự phát. Để làm được điều này, họ phải giả định rằng trong tự nhiên không phải có ba quark mà có sáu - ba cặp quark. Ngày nay, các nhà vật lý nói về ba “họ” quark và ba “họ” lepton tương ứng của chúng. Đây là bản chất của cái gọi là mô hình tiêu chuẩn hiện đại của thế giới vi mô. Vì vậy, ba nhà vật lý, hai công trình, cả hai đều là tiền thân của những khám phá trong tương lai và cả hai đều liên quan đến sự vi phạm tính đối xứng. “Phần thưởng cho những vi phạm” của Nobel, mặc dù nhiều năm sau đó, đã tìm thấy những anh hùng của nó.

Yoichiro Nambu

L. Belopukhov

22

KVANT 2009/№1

Hình 6

Lưu ý rằng khối bát diện và khối mười hai mặt (hình6) cũng có tiết diện lục giác đều, do đó thu được cấu trúc tương tự của khối bát diện và khối mười hai mặt (hình7, 8).

Hình 11

Hình 7

Hình 8

Bây giờ hãy xem xét sự sắp xếp của các khối mười cạnh đều, như thể hiện trong hình 9. Lưu ý rằng khối hai mươi mặt, khối mười hai mặt, cũng như khối mười hai mặt bị cắt cụt (hình dạng của phân tử fullerene $C_{60} )$) có mặt cắt thập giác đều. Điều này dẫn đến một chồng các khối mười hai mặt tự nêm (hình10), một chồng các khối mười hai mặt mới (hình 11) và khối xây từ các khối hai mươi mặt cắt ngắn (hình12). Có vẻ như chúng tôi đã thay đổi một chút mô tả về cấu trúc nhiều lần. Tuy nhiên, mỗi lần thay đổi như vậy đều dẫn đến những kết quả mới. Ngôn ngữ của các mũi tên, cho phép chúng ta mô tả độ dốc của các mặt, dẫn đến sự xuất hiện của một cấu trúc được tạo thành từ các hình khối; mô tả khối xây tự khóa từ hình khối thông qua phần lục giác cho phép Hình 12 khái quát hóa thiết kế, xây dựng hệ thống từ khối bát diện và khối mười hai mặt, sau đó từ các vật thể khác. Lý luận với sự chuyển động của các cạnh của mặt cắt giúp có thể thi công các kết cấu tự khóa một cách thông thường. Sự hiện diện của ngôn ngữ rất quan trọng trong toán học, và những từ chính xác, mặc dù việc cải cách có vẻ “không quan trọng” nhưng vẫn dẫn đến những kết quả mới. Hiệu ứng hình vòm khá nổi tiếng, khi thời cổ đại một mái vòm được xây dựng từ đá (hình13). chỉ có vòm lồi cổ điển mà còn có vòm lõm!

Bài tập 7. Nghĩ ra một thiết kế vòm lõm. Gợi ý. Hãy xem xét lớp giữa hai quả cầu đồng tâm. Ở dạng nhỏ, nó được sắp xếp thành một lớp giữa hai mặt phẳng và có thể được tạo thành nêm ở cả hai mặt phẳng.

Hình 9

01_24.p65

Hình 10