ПОКОЛЕНИЯ ФЕРМИОНОВ

ПОКОЛЕНИЯ ФЕРМИОНОВ

- сходные по свойствам группы (семейства) частиц - кварков н лептонов:

Соответствующие частицы из каждого поколения имеют одни и те же квантовые числа относительно группы симметрии электрослабого взаимодействия и отличаются только массами: каждое следующее поколение тяжелее предыдущего. Указанные три поколения содержат все известные в настоящее время кварки и лептоны.

Приведем состав первого П. ф., в к-ром частицы разбиты на дублеты и синглеты по группе SU(2 )электрослабого взаимодействия:

гдесоответственно левое (L )и правое (R) электронные и т. д. киральные поля (см. Киралъная симметрия). Т. к. кварки образуют триплеты по группе цвета сильного взаимодействия то в каждом П. ф. насчитывается 15 двухкомпонентных вейлевских спиноров (см. Вейля уравнение).

В связи с существованием П. ф. теория должна ответить на два вопроса: почему фермионы объединяются в поколения и почему поколения повторяются? Модели великого объединения дают удовлетворит, ответ на первый вопрос. В простейшей -модели 15 фермионов разбиваются на представления 5 и 10 (см. Представление группы). В схеме, основанной на группе 50(10), фундам. фермионы преобразуются по спинорному представлению, имеющему размерность 16, и предсказывается существование правого нейтрино (что не противоречит эксперименту). Т. о., каждое поколение в такой модели содержит 16 двухкомпонентных частиц. В теориях, основанных на группах более высокого ранга, предсказывается существование большего числа частиц в поколении (напр., в случае группы - 27 частиц). Второй вопрос пока остаётся открытым и считается одним из основных в физике элементарных частиц. Вопрос этот возник еще в эпоху открытия мюонаи формулировался так: зачем нужен и почему его масса сильно отличается от электронной, хотя все его известные взаимодействия такие же, как у электрона? Наиб, простым является предположение, что кварки и лепто-ны - составные объекты и все последующие поколения являются возбуждёнными состояниями первого. Частицы, из к-рых "построены" лептоны и кварки, получили назв. p rеонов (см. Составные модели). Попытка динамич. реализации такой возможности наталкивается на противоречие между сравнительно небольшими расстояниями между уровнями в спектре связанных состояний (для заряж. лептонов и отсутствием форм-факторов у лептонов и кварков вплоть до макс, экспериментально достижимых энергий (т. е. до 10²- 10³ ГэВ). Экономной и последоват. преонной схемы цока нет. Другой, более глубокий подход связан с теориями типа Калуцы - Клейна (см. Калуцы - Клейна теория). При этом исходной является единая квантовая теория поля, обладающая высокой симметрией в многомерном пространстве-времени, из к-рой в результате компактификации образуется наш 4-мерный мир. Компактификация - это динамич. механизм, в результате к-рого по нек-рым измерениям в исходном пространстве размерности D спонтанно образуется компактное многообразие размерности D- 4, а оставшиеся 4 измерения соответствуют реальному пространству-времени. Степени свободы, отвечающие компактифицированным (D- 4) измерениям, отражаются во внутренних симметриях реального мира. Размер R компактного многообразия очень мал

т. н. планков-ская масса, характеризующая обратную константу гравитац. взаимодействия). Большинство частиц в таких схемах оказываются тяжёлыми, с массами порядка планковской. Кол-во безмассовых в этом масштабе частиц, а следовательно и число поколений, определяется геометрией компактного многообразия. В популярных совр. моделях, порождаемых теорией суперсимметричных струн ( суперструн )в 10-мерном пространстве-времени, предсказывается существование 4 поколений, каждое из к-рых состоит из 27 частиц. Лит.- Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990; Wittеn E., Search for a realistic Kaluza - Klein theory, "Nucl. Phys.", 1981. v. В 186, p. 412. М. И. Высоцкий.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.