Специфические законы сохранения в теории элементарных     частиц.

Квантовая механика  вскрыла специфические  закономерности движения и превращения так называемых элементарных частиц. Эти закономерности не сводятся с закономерностям классической механики, и поэтому естественно ожидать, что в микромире наряду с классическими законами сохранения должны действовать  свои законы сохранения. Открытие этих законов связано с развитием наших знаний о свойствах элементарных частиц.

Известные в настоящее время элементарные частицы можно объединить в группы, разделение на которые  определяется не только различием в массах, но и рядом других существенных свойств (например, спином): фотон, лептоны (в группу лептонов входят два вида нейтрино и антинейтрино, электрон, позитрон), мезоны, барионы.

В 1952 г. группа физиков под руководством Э. Ферми обнаружила  первую частицу из открытой большой группы частиц с очень малым  временем жизни, так называемых резонансов. Эти образования возникают при сильном взаимодействии элементарных частиц. По мнению известного американского теоретика М. Гелл-Мана, общее число резонансов должно достигать нескольких  тысяч. Вновь возник вопрос об “элементарности” частиц.

Было выдвинуто несколько гипотез, смысл которых состоит в том, что все многообразие частиц сводится к нескольким фундаментальным частицам. Наибольшее распространение получила гипотеза Гелл-Манна и Цвейга.

Согласно этой гипотезе все барионы и мезоны рассматриваются как частицы, состоящие из комбинации трех фундаментальных частиц (и их античастиц), которые Гелл-Манн назвал кварками.

На основе гипотезы кварков  уже удалось разрешить некоторые трудности теории элементарных частиц. Но попытки экспериментального обнаружения кварков пока еще не увенчались успехом.

В связи с попытками  объяснить, почему одни превращения элементарных частиц возможны: а другие нет, было также обобщено и понятие электрического  заряда. Вигнер ввел понятие о барионном числе как квантовом числе, равном +1 для нуклонов, -1 для антинуклонов и 0 для p-мезонов. Физическая природа сохранения барионного числа в настоящее время не выяснена, поскольку неизвестны те свойства симметрии, которые обусловливают действие  этого закона.

Для легких частиц (лептонов) введено аналогичное понятие лептонного числа, закон сохранения которого выполняется только в слабых взаимодействиях. Также имеют место и законы сохранения изотопического спина и закон сохранения “странности”.

Можно с полным правом утверждать, что на современном уровне развития схема “принцип симметрии – инвариантность – закон сохранения” превратилась в руководящий принцип и является наиболее полным выражением идеи сохранения. Современный физик, исследуя явления в мире элементарных частиц, считает свою работу  завершенной, если он может сформулировать закономерности экспериментального  материала в краткой форме законов сохранения”.

В заключение надо сказать, что принципы симметрии в микромире являются более сложными и глубокими: чем в макромире. Однако, тот факт, что в микромире выполняются все классические законы сохранения, по-видимому, указывает на то, что свойства симметрии пространства-времени в масштабах микромира принципиально  не должны отличаться от их свойств в макромире.

Важно отметить и следующее обстоятельство. Теоретической основой вывода законов сохранения классической физики являлись законы Ньтона. Сохраняющиеся величины фигурируют здесь в качестве основных характеристик движущегося тела или системы. Вывод этих законов из принципов симметрии – логическое завершение длительной эволюции физики на протяжении столетий. Важнейшим уроком этой эволюции явился более глубокий подход к законам сохранения, полностью оправдавший себя в физике  микромира. Оказалось, что законы сохранения можно получать непосредственно из принципов симметрии, минуя законы движения.