Красота физики. Постигая устройство природы полностью

Когда частица может распадаться несколькими разными способами, мы говорим, что у нее есть несколько каналов распада, или ветвей распада. Относительная вероятность, с которой происходит какой-то конкретный распад, называется коэффициентом ветвления (или парциальной шириной распада). Так, если частица A распадается на B + C в 90 % случаев, а в D + E в 10 % случаев, то мы говорим, что коэффициент ветвления A в B + C равен 0,90, в то время как коэффициент ветвления в D + E равен 0,10.

Электрон e и его нейтрино νe вместе с их родственниками мюоном µ и его нейтрино νµ и τ-частицей и ее нейтрино ντ имеют общее название лептоны. Их античастицы являются антилептонами.)

Мы говорим, что симметрия локальна, когда она допускает, чтобы ее преобразования производились независимо друг от друга в различных точках пространства и в разные моменты времени.

Локальная симметрия вместе с квантовой теорией является основой Главных теорий всех четырех взаимодействий, которые объединяют наши современные познания об основных законах Природы. Вместе с суперсимметрией (и в рамках квантовой теории) она также является основой для одной заманчивой попытки унифицировать и улучшить Главную теорию, как описано в главе «Квантовая красота IV».

Локальная симметрия соотносится с общей (глобальной) симметрией, как анаморфное изображение со стандартной графической перспективой.

Локальная симметрия – один из важных фокусов нашего размышления, который преобладает в его последующих частях.

«Магнетизм» – это нестрогий термин для описания широкого круга явлений, связанных с силами воздействия электрических токов друг на друга и их взаимодействиями с немногими особыми магнитными веществами, которые обнаруживают подобные силы. Магнитные вещества, которые часто содержат железные руды, применяются, чтобы сделать всем известные магниты, используемые для стрелок компаса, магнитных держателей записок на холодильнике и для многого другого.

Техническое обсуждение точного определения магнитного поля и сил, которые оно вызывает, было бы в целом сходно с нашим обсуждением в статье про Электрическое поле, электрический флюид, но его детали значительно более сложны и расплывчаты. Я предлагаю два легко доступных издания, где вы можете найти больше информации на эту тему (см. в примечаниях в конце книги).

Научное понятие массы развивалось с течением времени, и это слово теперь используется в нескольких тесно связанных, но не полностью согласованных смыслах. Здесь я опишу три самых важных.

1. Самое раннее достаточно точное, научное использование понятия массы встречается в механике Ньютона. В ней масса воспринимается как основное свойство материи, которую невозможно создать, или уничтожить, или объяснить чем-то более простым. Масса – это мера инерции тела или его сопротивления ускорению. Тело с большой массой будет стремиться поддерживать постоянную скорость, если его не подвергнуть большим внешним воздействиям (силам). Такое понятие массы становится количественным во втором законе движения Ньютона, который гласит, что ускорение тела равно силе, действующей на него, разделенной на его массу. Понятие массы Ньютона все еще очень широко используется и все еще называется «массой», поскольку ньютоновская механика, хотя и не вполне точная, часто является достаточно хорошим приближением и ее легче использовать, чем более точную релятивистскую механику.

2. В эйнштейновской модификации механики, чтобы согласовать ее со специальной теорией относительности, масса стала другим понятием. В релятивистской механике масса – это свойство отдельных частиц, но масса может быть создана или уничтожена, когда частицы взаимодействуют друг с другом. В релятивистской механике масса является мерой вклада частицы в массовую энергию и определяет ее энергию движения. Масса – это свойство частиц, но это не четко определенное (сохраняющееся) свойство мира в целом.

У каждой из элементарных частиц нашей Главной теории есть определенная масса, но утверждение о том, что сумма масс частиц, вступающих во взаимодействие, равна сумме масс частиц после него, очень далеко от истины[106]. В столкновениях между электронами и позитронами высоких энергий обычно обнаруживается, что полная масса частиц после столкновения в сотни тысяч раз больше, чем полная масса частиц, участвовавших в нем изначально.

В релятивистской механике сохраняется не масса, но энергия. Мне нравится кратко подытоживать роль массы и энергии в релятивистской механике фразой: «У частиц есть масса, у мира есть энергия».