Physics SALAM A. Imperial…NobeL… UNIFICATION OF FUNDAMENTAL FORCES

Изменено: 18.02.2018 Posted on

Nobel lecture  GAUGE UNIFICATION OF FUNDAMENTAL FORCES , 8 December, 1979

Imperial College of Science and Technology, London, England and International Centre for Theoretical Physics, Trieste, Italy (see Abdus Salam Centre for Physics : under a tripartite agreement between the Italian Government, United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO), and International Atomic Energy Agency (IAEA), 10 km from Trieste, founded in 1964 by Pakistani Nobel Laureate Abdus Salam..

Introduction: In June 1938, Sir George Thomson, then Professor of Physics at Imperial College, London, delivered his 1937 Nobel Lecture. Speaking of Alfred Nobel, he said: “The idealism which permeated his character led him to . . . (being) as much concerned with helping science as a whole, as individual scientists. . . . The Swedish people under the leadership of the Royal Family and through the medium of the Royal Academy of Sciences have made Nobel Prizes one of the chief causes of the growth of the prestige of science in the eyes of the world . . . As a recipient of Nobel’s generosity, I owe sincerest thanks to them as well as to him.” I am sure I am echoing my colleagues’ feelings as well as my own, in reinforcing what Sir George Thomson said — in respect of Nobel’s generos￾ity and its influence on the growth of the prestige of science. Nowhere is this more true than in the developing world. And it is in this context that I have been encouraged by the Permanent Secretary of the Academy — Professor Carl Gustaf Bernhard — to say a few words before I turn to the scientific part of my lecture. Scientific thought and its creation is the common and shared heritage of mankind. In this respect, the history of science, like the history of all civilization, has gone through cycles. Perhaps I can illustrate this with an actual example.

Seven hundred and sixty years ago, a young Scotsman left his native glens to travel south to Toledo in Spain. His name was Michael, his goal to live and work at the Arab Universities of Toledo and Cordova, where the greatest of Jewish scholars, Moses bin Maimoun, had taught a generation before. Michael reached Toledo in 1217 AD. Once in Toledo, Michael formed the ambitious project of introducing Aristotle to Latin Europe, translating not from the original Greek, which he did not know, but from the Arabic translation then taught in Spain. From Toledo, Michael travelled to Sicily, to the Court of Emperor Frederick II. Visiting the medical school at Salerno, chartered by Frederick in 1231, Michael met the Danish physician, Henrik Harpestraeng — later to be￾come Court Physician of King Erik Plovpenning. Henrik had come to Salerno to compose his treatise on blood-letting and surgery. Henrik’s514  sources were the medical canons of the great clinicians of Islam, Al-Razi and Avicenna, which only Michael the Scot could translate for him. Toledo’s and Salerno’s schools, representing as they did the finest syn￾thesis of Arabic, Greek, Latin and Hebrew scholarship, were some of the most memorable of international assays in scientific collaboration. To Toledo and Salerno came scholars not only from the rich countries of the East and the South, like Syria, Egypt, Iran and Afghanistan, but also from developing lands of the West and the North like Scotland and Scandinavia. Then, as now, there were obstacles to this international scientific con￾course, with an economic and intellectual disparity between different parts of the world. Men like Michael the Scot or Henrik Harpestraeng were singularities. They did not represent any flourishing schools of research in their own countries. With all the best will in the world their teachers at Toledo and Salerno doubted the wisdom and value of training them for advanced scientific research. At least one of his masters counselled young Michael the Scot to go back to clipping sheep and to the weaving of woollen cloth. In respect of this cycle of scientific disparity, perhaps I can be more quantitative.

George Sarton, in his monumental five-volume History of Science chose to divide his story of achievement in sciences into ages, each age lasting half a century. With each half century he associated one central figure.

Thus 450 BC — 400 BC Sarton calls the Age of Plato; this is fol￾lowed by half centuries of Aristotle, of Euclid, of Archimedes and so on. From 600 AD to 650 AD is the Chinese half century of Hsiian Tsang, from 650 to 700 AD that of I-Ching, and then from 750 AD to 1100 AD — 350 years continuously — it is the unbroken succession of the Ages of Jabir, Khwarizmi, Razi, Masudi, Wafa, Biruni and Avicenna, and then Omar Khayam — Arabs, Turks, Afghans and Persians — men belonging to the culture of Islam.

After 1100 appear the first Western names; Gerard of Cremona, Roger Bacon — but the honours are still shared with the names of Ibn-Rushd (Averroes), Moses Bin Maimoun, Tusi and Ibn-Nafi-the man who anticipated Harvey’s theory of circulation of blood.

No Sarton has yet chronicled the history of scientific creativity among the pre-Spanish Mayas and Aztecs, with their invention of the zero, of the calendars of the ‘moon and Venus and of their diverse pharmacological discoveries, includ￾ing quinine, but the outline of the story is the same — one of undoubted superiority to the Western contemporary correlates. After 1350, however, the developing world loses out except for the occasional flash of scientific work, like that of Ulugh Beg — the grandson of Timurlane, in Samarkand in 1400 AD; or of Maharaja Jai Singh of Jaipur in 1720 — who corrected the serious errors of the then Western tables of eclipses of the sun and the moon by as much as six minutes of arc. As it was, Jai Singh’s techniques were surpassed soon after with the develop￾ment of the telescope in Europe. As a contemporary Indian chronicler wrote: “With him on the funeral pyre, expired also all science in the East.” And this brings us to this century when the cycle begun by Michael the Scot

515 turns full circle, and it is we in the developing world who turn to the Westwards for science. As Al-Kindi wrote 1100 years ago: “It is fitting then for us not to be ashamed to acknowledge and to assimilate it from what￾ever source it comes to us. For him who scales the truth there is nothing of higher value than truth itself; it never cheapens nor abases him.” Ladies and Gentlemen, It is in the spirit of Al-Kindi that I start my lecture with a sincere expression of gratitude to the modern equivalents of the Universities of Toledo and Cordova, which I have been privileged to be associated with — Cambridge, Imperial College, and the Centre at Trieste.

I. FUNDAMENTAL PARTICLES, FUNDAMENTAL FORCES AND GAUGE UNIFICATION

The Nobel lectures this year are concerned with a set of ideas relevant to the gauge unification of the electromagnetic force with the weak nuclear force. These lectures coincide nearly with the 100th death-anniversary of Maxwell, with whom the first unification of forces (electric with the magnetic) matured and with whom gauge theories originated. They also nearly coincide with the 100th anniversary of the birth of Einstein — the man who gave us the vision of an ultimate unification of all forces. The ideas of today started more than twenty years ago, as gleams in several theoretical eyes. They were brought to predictive maturity over a decade back. And they started to receive experimental confirmation some six years ago. In some senses then, our story has a fairly long background in the past. In this lecture I wish to examine some of the theoretical gleams of today and ask the question if these may be the ideas to watch for maturity twenty years from now. From time immemorial, man has desired to comprehend the complexity of nature in terms of as few elementary concepts as possible. Among his quests — in Feynman’s words — has been the one for “wheels within wheels” — the task of natural philosophy being to discover the innermost wheels if any such exist. A second quest has concerned itself with the fundamental forces which make the wheels go round and enmesh with one another. The greatness of gauge ideas — of gauge field theories — is that they reduce these two quests to just one; elementary particles (described by relativistic quantum fields) are representa￾tions of certain charge operators, corresponding to gravitational mass, spin, flavour, colour, electric charge and the like, while the fundamental forces are the forces of attraction or repulsion between these same charges. A third quest seeks for a unification between the charges (and thus of the forces) by searching for a single entity, of which the various charges are components in the sense that they can be transformed one into the other. But are all fundamental forces gauge forces? Can they be understood as such, in terms of charges — and their corresponding currents — only? And if they are, how many charges? What unified entity are the charges components of?516 Physics 1979 What is the nature of charge? Just as Einstein comprehended the nature of gravitational charge in terms of space-time curvature, can we comprehend the nature of the other charges — the nature of the entire unified set, as a set, in terms of something equally profound? This briefly is the dream, much reinforced by the verification of gauge theory predictions. But before I examine the new theoretical ideas on offer for the future in this particular context, I would like your indulgence to range over a one-man, purely subjective, perspective in respect of the developments of the last twenty years themselves. The point I wish to emphasize during this part of my talk was well made by G. P. Thomson in his 1937 Nobel Lecture. G. P. said «. . . The goddess of learning is fabled to have sprung full grown from the brain of Zeus, but it is seldom that a scientific conception is born in its final form, or owns a single parent. More often it is the product of a series of minds, each in turn modifying the ideas of those that came before, and providing material for those that come after.”

II. THE EMERGENCE OF SPONTANEOUSLY BROKEN SU(2)xU(1) GAUGE THEORY

I started physics research thirty years ago as an experimental physicist in the Cavendish, experimenting with tritium-deuterium scattering. Soon I knew the craft of experimental physics was beyond me — it was the sublime quality of patience — patience in accumulating data, patience with recalcitrant equip￾ment — which I sadly lacked. Reluctantly I turned my papers in, and started instead on quantum field theory with Nicholas Kemmer in the exciting department of P. A. M. Dirac. The year 1949 was the culminating year of the Tomonaga-Schwinger￾Feynman-Dyson reformulation of renormalized Maxwell-Dirac gauge theory, and its triumphant experimental vindication. A field theory must be renormalizable and be capable of being made free of infinities — first discussed by Waller — if perturbative calculations with it are to make any sense. More — a renormalizable theory, with no dimensional parameter in its inter￾action term, connotes somehow that the fields represent “structureless” elementary entities. With Paul Matthews, we started on an exploration of renormalizability of meson theories. Finding that renormalizability held only for spin-zero mesons and that these were the only mesons that empirically existed then, (pseudoscalar pions, invented by Kemmer, following Yukawa) one felt thrillingly euphoric that with the triplet of pions (considered as the carriers of the strong nuclear force between the proton-neutron doublet) one might resolve the dilemma of the origin of this particular force which is responsible for fusion and fission. By the same token, the so-called weak nuclear force — the force responsible for b-radioactivity (and described then by Fermi’s non-renormalizable theory) had to be mediated by some unknown spin-zero mesons if it was to be renormalizable, If massive charged spin-one mesons were to mediate this interaction, the theory would be non￾renormalizable, according to the ideas then. Now this agreeably renormalizable spin-zero theory for the pion was a field theory, but not a gauge field theory. There was no conserved chargeA. Salam 517 which determined the pionic interaction. As is well known, shortly after the theory was elaborated, it was found wanting. The (4, 🙂 resonance D effectively killed it off as a fundamental theory; we were dealing with a complex dynamical system, not “structureless” in the held-theoretic sense. For me, personally, the trek to gauge theories as candidates for fundamental physical theories started in earnest in September 1956 — the year I heard at the Seattle Conference Professor Yang expound his and Professor Lee’s ideas[1] on the possibility of the hitherto sacred principle of left-right symmetry, being violated in the realm of the weak nuclear force. Lee and Yang had been led to consider abandoning left-right symmetry for weak nuclear interactions as a possible resolution of the (t, 0) p uzzle. I remember travelling back to London on an American Air Force (MATS) transport flight. Although I had been granted, for that night, the status of a Brigadier or a Field Marshal — I don’t quite remember which-the plane was very uncomfortable; full of crying service-men’s children — that is, the children were crying, not the servicemen. I could not sleep. I kept reflecting on why Nature should violate left-right symmetry in weak interactions. Now the hallmark of most weak interactions was the involvement in radioactivity phenomena of Pauli’s neutrino. While crossing over the Atlantic, came back to me a deeply perceptive question about the neutrino which Professor Rudolf Peierls had asked when he was examining me for a Ph. D. a few years before. Peierls’ question was: “The photon mass is zero because of Maxwell’s principle of a gauge symmetry for electromagnetism; tell me, why is the neutrino mass zero?” I had then felt somewhat uncomfortable at Peierls. asking for a Ph. D. viva, a question of which he himselfsaid he did not know the answer. But during that comfortless night the answer came. The analogue for the neutrino, of the gauge symmetry for the photon existed; it had to do with the masslessness of the neutrino, with symmetry under the y5 transformation [2] ( la er christened “chiral symmetry”) t . The existence of this symmetry for the massless neutrino must imply a combination (1 +ys) or (l-g5 ) for the neutrino interactions. Nature had the choice of an aesthetically satisfying but a left-right symmetry violating theory, with a neutrino which travels exactly with the velocity of light; or alternatively a theory where left-right symmetry is preserved, but the neutrino has a tiny mass — some ten thousand times smaller than the mass of the electron. It appeared at that time clear to me what choice Nature must have made. Surely, left-right symmetry must be sacrificed in all neutrino interactions. I got off the plane the next morning, naturally very elated. I rushed to the Cavendish, worked out the Michel parameter and a few other consequences of γ5 symmetry, rushed out again, got into a train to Birmingham where Peierls lived. To Peierls I presented my idea; he had asked the original question; could he approve of the answer? Peierls’ reply was kind but firm. He said “I do not believe left-right symmetry is violated in weak nuclear forces at all. I would not touch such ideas with a pair of tongs.” Thus rebuffed in Birmingham, like Zuleika Dobson, I wondered where I could go next and the obvious place was CERN in Geneva, with Pauli — the father of the neutrino — nearby in Zurich.518 Physics 1979 At that time CERN lived in a wooden hut just outside Geneva airport. Besides my friends, Prentki and d’Espagnat, the hut contained a gas ring on which was cooked the staple diet of CERN — Entrecôte à la creme. The hut also contained Professor Villars of MIT, who was visiting Pauli the same day in Zurich. I gave him my paper. He returned the next day with a message from the Oracle; “Give my regards to my friend Salam and tell him to think ofsomething better”. This was discouraging, but I was compensated by Pauli’s excessive kindness a few months later, when Mrs. Wu’s [3], Lederman’s [4] and Telegdi’s[5] experi￾ments were announced showing that left-right symmetry was indeed violated and ideas similar to mine about chiral symmetry were expressed independently by Landau[6] and Lee and Yang[7]. I received Pauli’s first somewhat apologetic letter on 24 January 1957. Thinking that Pauli’s spirit should by now be suitably crushed, I sent him two short notes [8] I h a d written in the meantime. These contained suggestions to extend chiral symmetry to electrons and muons, assuming that their masses were a consequence of what has come to be known as dynamical spontaneous symmetry breaking. With chiral symmetry for electrons, muons and neutrinos, the only mesons that could mediate weak decays of the muons would have to carry spin one. Reviving thus the notion of charged intermediate spin-one bosons, one could then postulate for these a type of gauge invariance which I called the “neutrino gauge”. Pauli’s reaction was swift and terrible. He wrote on 30th January 1957, then on 18 February and later on 11, 12 and 13 March: “I am reading (along the shores of Lake Zurich) in bright sunshine quietly your paper…” “I am very much startled on the title of your paper ‘Universal Fermi interaction’ …For quite a while I have for myself the rule if a theoretician says universal it just means pure nonsense. This holds particularly in connection with the Fermi interaction, but otherwise too, and now you too, Brutus, my son, come with this word. …” Earlier, on 30 January, he had written “There is a similarity between this type of gauge invariance and that which was published by Yang and Mills . . . In the latter, of course, no yj was used in the exponent.” and he gave me the full reference of Yang and Mills’ paper; (Phys. Rev. 96, 191 (1954)). I quote from his letter: “However, there are dark points in your paper regarding the vector field B,. If the rest mass is infinite (or very large), how can this be compatible with the gauge transformation B, -+ B,-a,A?” and he concludes his letter with the remark: “Every reader will realize that you deliberately conceal here something and will ask you the same questions”. Although he signed himself “With friendly regards”, Pauli had forgotten his earlier penitence. He was clearly and rightly on the warpath….

 

See   nobelprize.org/physics79/salam-lecture.pdf, —

5.3 Extended supergravity, SU(8) preons and composite gauge fields

Thus far I have reviewed the developments in respect of Einstein’s dreams as reported at the Stockholm Conference held in 1978 in this hall and organized by the Swedish Academy of Sciences. A remarkable new development was reported during 1979 by Julia and Cremmer[87] which started with an attempt to use the ideas of Kaluza and Klein to formulate extended supergravity theory in a higher (compactified) spacetime-more precisely in eleven dimensions. This development links up, as we shall see, with preons and composite Fermi fields — and even more important — possibly with the notion of composite gauge fields. Recall that simple supergravity[8l] is the gauge theory of super￾symmetry[88] ht e gauge particles being the (helicity ±2) gravitons and “The Einstein Langrangian allows large fluctuations of metric and topology on Planck-length scale. Hawking has surmised that the dominant contributions to the path integral of quantum gravity come from metrics which carry one unit of topology per Planck volume. On account of the intimate connection (de Rham, Atiyah-Singer) [86] of curvature with the measures of space-time topology (Euler number, Pontryagin number) the extended Kaluza-Klein and Wheeler-Hawking points of view may find consonance after all.532 Physics 1979 (helicity ii) gravitinos15 . Extended super gravity gauges super-symmetry combined with SO(N) internal symmetry. For N = 8, the (tribal) supergravity multiplet consists of the following SO(8) families:[81], [87] As is well known, SO(8) is too small to contain SU(2)xU(1)xSUc (3). Thus this tribe has no place for W± (though Z0 and y are contained) and no places for µ or t or the t quark. This was the situation last year. This year, Cremmer and Julia [87] attempted to write down the N = 8 supergravity Langrangian explicitly, using an extension of the Kaluza-Klein ansatz which states that extended supergravity (with SO(8) internal symmetry) has the same Lagrangian in four space-time dimensions as simple supergravity in (compactified) eleven dimensions. This formal — and rather formidable ansatz — when carried through yielded a most agreeable bonus. The supergravity Lagrangian possesses an unsuspected SU(8) “local” internal symmetry although one started with an internal SO(8) only. The tantalizing questions which now arise are the following. 1. Could this internal SU(8) be the symmetry group of the 8 preons (3 chromons, 2 flavons, 3 familons) introduced earlier? 2. When SU(8) is gauged, there should be 63 spin-one fields. The supergravity tribe contains only 28 spin-one fundamental objects which are not minimally coupled. Are the 63 fields of SU(8) to be identified with composite gauge fields made up of the 70 spin-zero objects of the form V’ a,, V; Do these composites propagate, in analogy with the well-known recent result in CP”-’ theories[89], where a composite gauge field of this form propagates as a consequence of quantum effects (quantum completion)? The entire development I have described — the unsuspected extension of SO(8) to SU(8) when extra compactified space-time dimensions are used — and the possible existence and quantum propagation of composite gauge fields — is of such crucial importance for the future prospects of gauge theories that one begins to wonder how much of the extrapolation which took SU(2) X U( 1) X 15 Supersymmetry algebra extends Poincaré group algebra by adjoining to it supersymmetric charges Q,, which transform bosons to fermions, {QO, C&s) = (~,P,),B. The currents whic h correspond to these charges (Qn and P,) are .Jvu and ‘l;,-these are essentially the currents which in gauged supersymmetry (i.e. supergravity) couple to the gravitino and the graviton, respectively.S Uc (3) into the electronuclear grand unified theories is likely to remain unaffected by these new ideas now unfolding. But where in all this is the possibility to appeal directly to experiment? For grand unified theories, it was the proton decay. What is the analogue for 3 supergravity? Perhaps the spin — 2 massive gravitino, picking its mass from a super-Higgs effect[90] provides the answer. Fayet[91] has shown that for a spontaneously broken globally supersymmetric weak theory the introduction of a local gravitational interaction leads to a super-Higgs effect. Assuming that supersymmetry breakdown is at mass scale mw , the gravitino acquires a mass and an effective interaction. but of conventional weak rather than of the gravitational strength-an enhancement by a factor of 1034. One may thus search for the gravitino among the neutral decay modes of J/q-the predicted rate being 10-3 — 10-5 times smaller than the observed rate for J/q-e’c-. This will surely tax all the ingenuity of the great men (and women) at SLAC and DESY. Another effect suggested by Scherk[92] is antigravity — a cancellation of the attractive gravitational force with the force produced by spin-one gravi￾photons which exist in all extended supergravity theories, Scherk shows that the Compton wave length of the gravi-photon is either smaller than 5 cms. or comprised between 10 and 850 metres in order that there is no conflict with what is presently known about the strength of the gravitational force. Let me summarize: it is conceivable of course. that there is indeed a grand plateau — extending even to Planck energies. If so, the only eventual laboratory for particle physics will be the Early Universe, where we shall have to seek for the answers to the questions on the nature of charge. There may, however, be indications of a next level of structure around 10 TeV; there are also beautiful ideas (like, for example, of electric and magnetic monopole duality) which may manifest at energies of the order of a-’ m\, (= 10 ‘Ye\‘). Whether even this level of structure will give us the final clues to the nature of charge, one cannot predict. All I can say is that I am for ever and continually being amazed at the depth revealed at each successive level we explore. I would like to conclude, as I did at the 1978 Stockholm Conference, with a prediction which J. R. Oppenheimer made more than twenty-five years ago and which has been fulfilled to-day in a manner he did not live to see. More than anything else, it expresses the faith for the future with which this greatest ofdecades in particle physics ends: “Physics will change even more… If it is radical and unfamiliar …we think that the future will be only more radical and not less, only more strange and not more familiar, and that it will have its own new insights for the inquiring human spirit.” J. R. Oppenheimer Reith Lectures BBC 1953

Physics 1979 APPENDIX I. EXAMPLES OF GRAND UNIFYING GROUPS

Ideas worth spreading- Gell-Mann Beauty, truth and … physics?16:

С сайта наш мир:

черновой материал – 1-      сравнение лауреатов арабов и евреев, график роста за век

2-      первый нобелевский ученый-мусульманинХХ века — Абдус Салам и его коллега У.Гилберт

До2005-

1-ARAB / ISLAMIC NOBEL WINNERS  From a pool of 1.4 BILLION Muslims —20% of World’s Population (2 out of every 10 people)
Literature 1988 — Najib Mahfooz
Peace  1978 — Anwar El-Sadat  1994- Yasser Arafat  2003 — Shirin Ebadi *
Chemistry  1999 — Ahmed Zewail
Physics   1979  — Abdus Salam

JEWISH NOBEL WINNERS From a pool of 12 million Jews 0.2% of the World’s Population
(2 out of every 1,000 people)
Literature 1910- Paul Heyse 1927 -Henri Bergson

1958 — Boris Pasternak 66 — Agnon +Sachs 76 — Saul Bellow 78 — Singer 81 — Canetti 87 — Joseph Brodsky  (90-ВолеШойинка?) 91 — Nadine Gordimer 2002- Imre Kertesz
WorldPeace  1911- Alfred Fried +Asser
1968 — Rene Cassin  73- Henry Kissinger 78 — MenachemBegin 86 — Elie Wiesel 94 — Shimon Peres  +Yitzhak Rabin  95- Joseph Rotblat

Chemistry 1905- Adolph Von Baeyer 06 — Henri Moissan 10 -Otto Wallach
1915 — Willstaetter 18 — Haber  43- Hevesy 61 — Calvin 62 — Perutz 72 — Stein +Anfinsen
1977 — Ilya Prigogine 79 — Brown  80-  Berg +Walter Gilbert(см.ниже) 81 — Hoffmann 82 — Klug 85 — Hauptman +Karle 86 — Herschbach 88 — Robert Huber 89 — Sidney Altman 92 — Marcus 98 — Kohn  2000- Heeger 04 — Rose +Hershko +Ciechanover

Economics 1970 — Samuelson 71 — Simon Kuznets 72 — Arrow 73 — WassilyLeontief 75 — Leonid Kantorovich 76 — Friedman 78 — Simon 80 — Klein 85 — Modigliani 87 — Solow 90 — Markowitz  +Miller 92 — Gary Becker 93 Fogel 94 — Harsanyi +Selten  97- Robert Merton +Scholes
2001 — Akerlof +Stiglitz 02 — Kahneman 05 — Aumann

Medicine 1908 — Metchnikoff +Erlich 14- Robert Barany 22 -Meyerhof 30 — Landsteiner 31 —

*госпожа Эбади — одна из всего лишь шести мусульман,получивших нобелевскую премию= 17% всех – а без мира всё мусульманское население (значительной мере из арабов) в количестве 1,4 миллиарда человек -3 нобелевских премии за научные достижения! А евреи получили 161 нобелевскую премию, и на каждого еврея приходится 117 мусульман. Также факт: Протестанты имеют 64% нобелевских премий, евреи — 22%, а католики — всего 11%. 

арабы Испании были главным источником открытий в области культуры на территории Западной Европы в Эпоху Возрождения»…названия 60% звезд имеют арабское происхождение. Три из пяти ученых в списке 100 самых влиятельных арабских женщин были саудийками. Хайят Синди,основательница открытого в прошлом году в Саудовской Аравии Института инноваций i2.
Нукет Йетис, возглавлявшая весьма успешно до недавнего времени Совет по научным и технологическим исследованиям Турции В Пакистане можно отметить Санию Ништар, основателя и президента неправительственной организации Heartfile, ратующей за реформу здравоохранения в стране, Панарабские региональные стипендии, учрежденные в 2010 году компанией Л’Ореаль и ЮНЕСКО для выявления молодых женщин-ученых

 

Лауреат Нобелевской премии Абдус Салам:«Ислам в сущности и есть вера всех физиков»был одновременно выдающимся организатором науки. …награждали высшими наградами(Марокко,Бангладеш,Турция,Кувейт,ОАЭ,Ирак),другие равнодушно (Малайзия,Египет,Индонезия).

Духовное величие​…изучения первоисточников, развития естественной науки в мусульманском мире VII-XX века. — «Ideals and Realities» («Идеалы иРеальности», «Renaissance of Sciencein Islamic Countries» («Возрождение науки в исламских странах» в Сингапуре в 1994 году). Он был первым и единственным вXX веке представителем мусульманского мира, удостоенным Нобелевской премии за высокие научные достижения.

Выдающийся мусульманский ученый-физик 20 века

Его посвященная актуальным проблемам развития науки и технологий, научного образования в развивающихся странах Южного полушария«Красная книга», выдержала при жизни автора 13 изданий на основных западных(английский, французский, испанский, итальянский) и восточных языках(китайский, арабский и фарси). В начале 1980-х годов он, например, выступил с инициативой создания Исламского научного Фонда с финансовым капиталом порядка 1 млрд.долларов при активном участии нефтедобывающих арабских стран. получил поддержкуу руководства Ирана, Кувейта и ряда других, с исполнительным директором Всемирного Банка М.М.Ахмадом. Он отмечал, что в СвященномКоране имеется 750 аятов, призывающих человека к изучению природы и обладанию средствами по контролю над ней в соответствии с повелениями Всевышнего Аллаха.«Я посвятил всю свою жизнь, — подчеркивал профессор Абдус Салам, — выполнению именно этих предначертаний Священного Корана».

В 1979 году в знаменитом Нобелевском зале впервые за всю его историю из уст профессора Абдус Салама прозвучали несколько аятов из Священного Корана. А  в своейНобелевской лекции профессор Абдус Салам, приведя другую цитату из СвященногоКорана, прямо заявил:«Ислам в сущности и есть вера всех физиков — вера,которая вдохновляет и поддерживает нас:чем глубже мы ищем, тем более возбуждается наше удивление, тем больше загадочного открывается перед нашиим взором».
В Индии и его ближайшем окружении его часто называли «Нобелевским лауреатом с бездонной верой в Бога».
Он открыто признавался, каким образом учение Священного Корана подсказало ему ту или иную конкретную идею, изложение которой содержалось в его научных трудах.   Мы хотели бы найти и привести максимальное количество подобных примеров, т.к.,м.б., именно они станут примером для развития новой науки во всем мире, как христианской, так и исламской

Л:книга ЮлдусаХалиуллинаЛауреат Нобелевской премии Абдус Салам

С середины 50-х гг. С. пытался построить единую теорию всех сил,наблюдаемых в природе, т.е. решить задачу, восходящую еще к XIX в. В 1870-х гг.шотландский математик и физик Джеймс Клерк Максвелл построил единую теорию электричества и магнетизма, сведя их к единому взаимодействию –электромагнитному. С, Глэшоу иСтивен Вайнберг были удостоены Нобелевской премии за  новый механизм, наделяющий массами W±,W– и Z0-частицы и оставляющий безмассовыми фотоны, так называемое спонтанное (самопроизвольное) нарушение симметрии – как в физике твердого тела. Суть идеи С. пояснил на  симметрии  сидящих за столом, стоит 1 взять салфетку, как симметрия нарушится.  Хотя выбор как правой, так и левой салфетки одинаково приемлем, кто-то из сидящих за столом останется без салфетки, а где-то в другом месте стола одна салфетка останется неиспользованной, т.е. возникнет явная асимметрия.

С. предположил, что калибровочная симметрия, связывающая электромагнитное и слабое взаимодействия,спонтанно нарушается,  при низких энергиях, откуда в  теории Вайнберга-Салама массы W+,W– и Z0-частиц не вводятся искусственно, а возникают естественно, в 80 раз тяжелее протона, Z-частица еще тяжелее. В 1971 г.датскому физику Герхарду Хоофту удалось перенормировка ее, а через два года исследователи из Фермиевской национальной ускорительной лаборатории близ Чикаго и из ЦЕРНа (Европейского центра ядерных исследований)близ Женевы открыли слабые нейтральные токи, тем самым подтвердив теорию,выдвинутую С., Глэшоу и Вайнбергом. В 1983 г. сами W- и Z-частицы были открыты в ЦЕРНе Карло Руббиа В 1979 г. С., Глэшоу иВайнберг были удостоены Нобелевской премии по физике «за вклад в теорию объединенного слабого и электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами, в том числе за предсказание слабого нейтрального тока». В Нобелевской лекции С. выразил надежду на создание единой теории всех сил,включая гравитацию и сильное взаимодействие. «Эйнштейн постиг природу гравитационного заряда, – говорил он, – выразив его в терминах кривизны пространства– времени. Можем ли мы понять природу других зарядов – природу единого множества зарядов как целого – в терминах чего-то столь же глубокого?».

см. теории электрослабого взаимодействия,созданной в 1967 годуСтивеном ВайнбергомШелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом. В 1973 году  теория сильного взаимодействия, Великого объединения — теория Пати — Салама, 1974 год-все типы взаимодействий, кроме гравитационного.

Стивен Вайнберг.Родился:3 мая 1933 года в Нью-Йорке. МIT, Гарвардский университет. последовательный атеист:«С религией или без нее хорошие люди могут делать добро, а плохие —зло; но чтобы заставить хороших людей делать зло — для этого как раз нужна религия». В 1999 году на конференции по космологии Вайнберг заявил:«Я приветствую диалог между наукой и религией, но он не может быть конструктивным. Одно из величайших достижений науки —если не невозможность для разумных людей быть верующими, то по крайней мере возможность для них быть неверующими».

Популяризатор. «Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной» и «Мечты об окончательной теории:Физика в поисках самых фундаментальных законов природы».

— Вейля принято считать отцом-основателем этого направления и автором термина,но калибровочный подход придумал не он.  в 1954 году  Янг и Миллс показали, что использование локальных калибровочных симметрий позволяет предсказывать нетривиальные физические эффекты. с уравнениями Максвелла в принципе можно работать и в том виде, в каком они были первоначально написаны. А вот квантовую теорию поведения заряженной частицы в электромагнитном поле без потенциалов даже невозможно сформулировать. Поэтому любую из таких теорий необходимо сделать калибровочно инвариантной.Однако в 1920-х физики полагали калибровочную симметрию не более чем формальным следствием перехода к квантовому описанию движения заряженных частиц, а не фундаментальный принцип, из этой симметрии вытекают основные динамические свойства физической теории.— Я прочел статью Янга и Миллса во время учебы в аспирантуре в 1950-х. Поля Янга и Миллса имели кванты с нулевой массой,а экспериментаторы ничего подобного никогда не наблюдали, безмассовости. мы с Абдусом Саламом независимо друг от друга нашли первые физические приложения модели Янга и Миллса. Моя работа была опубликована в 1967 году, Салама — в 1968-м. Мы оба использовали так называемый механизм Хиггса, который объясняет, как спонтанное нарушение калибровочной симметрии оборачивается рождением массивных частиц.  построить калибровочную теорию электрослабых взаимодействий,  годами ранее развил Шелдон Глэшоу, однако он не смог справиться с проблемой массы этих бозонов. очистить ее от бесконечностей, О слабых взаимодействиях Янг иМиллс даже не задумывались. Гросс, Вильчек иПолитцер обнаружили замечательное свойство той разновидности полей Янга–Миллса,которые работают в квантовой хромодинамике, что при увеличении энергии у них уменьшается эффективная константа взаимодействия. После этого Гросс с Вильчеком и я сообразили, что в таком случае при уменьшении энергии эта константа должна возрастать…ближнее взаимодействие между кварками и глюонами гораздо слабее, чем дальнее, настолько сильно притягиваются друг к другу на больших дистанциях, что их невозможно наблюдать по отдельности.

Допускаю, что на фундаментальном уровне не войдут калибровочные симметрии.Скажем, в структуре теории струн нет калибровочных полей, хотя их аналогии появляются в ходе приближенного решения ее уравнений.

Книги → Мечты об окончательной теории:Физика в поисках самых фундаментальных законов природы  → Я всегда полагал, что согласно учению Аристотеля брошенный камень будет лететь по прямой, Роберт Ханкинсон из Техасского университета заверил меня, что на самом деле Аристотель никогда не утверждал ничего столь противоречащего наблюдениям, и что это есть позднейшее средневековое искажение взглядов Аристотеля.

Глава IX. Контуры окончательной теории…сохранится неизменным в окончательной теории – квантовая механика. первым приемлемым кандидатом на окончательную теорию-Корни теории струн восходят к 1968 г., когда теоретики пытались понять, как устроены сильные взаимодействия, не обращаясь к квантовой теории полей,  ЦЕРНа Габриэле Венециано сумел просто угадать формулу, определявшую вероятности рассеяния двух частиц на разные углы при разных энергиях из принципов теории относительности и квантовой механики. поразительно простую… другие теоретики обобщили ее и положили в основу систематической приближенной схемы. [179], что формула Венециано и еерасширения и обобщения – не просто удачные догадки, а теория физических сущностей нового типа, получивших название релятивистских квантово-механических струн. Конечно, обычные струны состоят из частиц – протонов, нейтронов, электронов. Но новые струны совсем другие:предполагается, что протоны и нейтроны состоят из них.

 Мечты об окончательной теории:Физика впоисках самых фундаментальных законов природы  → Глава Х. На пути к цели…Не может существовать объяснения, не нуждающегося в дальнейшем объяснении…». Поппер и … подобно исследователю Фредерику Куку, считавшему в 1908 г., что именно он достиг Северного полюса.Ученые строили сложные теоретические схемы, объявляли их окончательной теорией,а затем с тупым упорством защищали их, предсказание Майкельсона, сделанное в 1902 г., что «вскоре наступит день, когда сходящиеся линии от многих, кажущихся далекими друг от друга областей знания соединятся… в общей точке».  Стивен Хокинг, принимая Лукасовскую кафедру математики в Кембридже (ее занимали перед ним Ньютон и Дирак), предположил модные в то время теории «расширенной супергравитации» …без атомной спектроскопии. Хью Эверетта и других существует только одна волновая функция, описывающая все явления, включая опыты и наблюдателей, причем фундаментальные законы описывают эволюцию ее [207]. Мой друг и учитель Джон Уилер когда-то предположил,что нет никакого фундаментального закона, а все законы, которые мы сейчас изучаем, приписываются природе благодаря тем способам, которыми мы совершаем наблюдения[208]. Копенгагена Хольгер Нильсен предложил «случайную динамику»[209], Мир Уилера, в котором нет законов, все равно нуждается в метазаконах, которые должны указывать нам, как наблюдения создают регулярности в природных явлениях. Н. предполагает, что справедливы так называемые уравнения ренормализационной группы, но существование … дебатов в США о завершении строительства ССК. Цена в 8 миллиардов долларов на десять лет …недостижимы – планковская энергия, грубо говоря, равна химической энергии сгорания полного бака бензина в автомобиле.Трудность в том, как сконцентрировать всю эту энергию в одном протоне или электроне. ионизированный газ, чтобы облегчить передачу энергии от мощных лазерных пучков к отдельным заряженным частицам, но  скорость реакций частиц при таких энергиях будет настолько мала,

В 1934 г. Э. Ферми создал теорию-слабый процесс β-распада рассматривался как точечное четырехфермионное взаимодействие,описываемое с помощью константы Ферми GF = 1.17·10-5 ГэВ-2.    Вскоре были открыты и другие процессы слабых распадов, которые также хорошо описывались с помощью константы Ферми. Большое различие в вероятностях распада частиц λ в результате слабого взаимодействия объясняется различием в энергии ΔE, выделяющейся в результате слабого распада  λ ~ GF2·ΔE5.

    В 1967 г. Ш. Глэшоу, С.Вайнберг, А. Салам предложили модель, объединяющую слабые и электромагнитныевзаимодействия — предсказание четырех бозонов со спином J = 1,связанных между собой условиями симметрии. 3 бозона W+, W иZ0, имеющие большую массу, реализовывали слабое взаимодействие иодин бозон, имеющий нулевую массу − γ-квант, реализовывал электромагнитноевзаимодействие. Массы тяжелых бозонов возникали в результате взаимодействия сполем Хиггса.
Масса бозона W определяет связь безразмерной константыслабого взаимодействия gw с константой Ферми GF. Всеслабые процессы до создания модели электрослабого взаимодействия описывались спомощью заряженных бозонов W+, W.Слабые процессы,происходящие под действием заряженных W±‑бозонов, называютсяпроцессами, идущими через заряженный ток. В модели Вайнберга – Салама –Глэшоу,наряду с заряженными бозонами, должен быть ещё один тяжелый нейтральный бозон Z0.Слабые процессы, происходящие под действием нейтрального Z0-бозона,называются процессами, идущими через нейтральный ток.
Массы промежуточных бозонов m(W±) иm(Z) в модели Вайнберга – Салама – Глэшоу выражаются через константуэлектромагнитного взаимодействия α, константу слабого взаимодействия Ферми GF иугол Вайнберга θw

Величина угла Вайнберга θw определяетсяиз независимых экспериментов и при малых энергиях

sin2θw = 0.23.

Модель Вайнберга – Салама – Глэшоупредсказала массы промежуточных бозонов

Таблица 18.1

Зависимостьконстант взаимодействий от энергии

Энергия, ГэВ Константа
сильного
взаимодействия αs
Константа
электромагнитного
взаимодействия αe
Константа
слабого
взаимодействия αw
0.01 10 1/137
0.1 1 1/135 1/27
1 0.40 1/133 1/28
100 0.12 1/128 1/30

    Каждое взаимодействиехарактеризуется константой взаимодействия αi, определяющей его силу.Однако  αi не являются константами, а зависятот энергии.   Уменьшение константы сильного взаимодействия αs сростом энергии – следствие антиэкранировки сильного (цветового) заряда,приводящей к асимптотической свободе.  и для слабого заряда понижает αw c ростом энергии. Константа электромагнитного взаимодействия αe из-за экранировки растёт с увеличением энергии. Наиболее резко с энергией изменяется константа сильного взаимодействия. Величины, обратные константам взаимодействия, т.е. 1/αi,согласно теории зависят от энергии логарифмически и соответствующие предсказываемые Стандартной моделью зависимости приведены на рис. , с ростом энергии сближаются при энергиях 1015–1016 ГэВ к общему значению αGU ≈ 1/40.

    Концепции объединения этих трёх взаимодействий называют ВеликимОбъединением —Grand Unification (GU).

    На рис. 18.4зависимость 1/αe приведена с коэффициентом 3/8. с понятием углаВайнберга θw (слабым углом смешивания), можно определить через отношение элементарного электрического и слабого зарядов e/gw = sinθw.

sinθw, как и константывзаимодействий, изменяется с энергией. Из эксперимента получено, что приэнергии mzc2 = 91 ГэВ значение углаВайнберга  sin2θw = 0.231 (при Е = 91 ГэВ).

Теории Великого Объединения (ТВО)предсказывают, что в области энергий предполагаемого объединения (1015–1016 ГэВ) угол Вайнберга увеличится до sin2θw = 3/8 (при Е = 1015–1016 ГэВ)

Умножение 1/αe на величину3/8 обеспечивает «одновременное» попадание констант электромагнитного и слабоговзаимодействия в область энергий Великого Объединения. При энергии ВеликогоОбъединения вместо сильного и электрослабого взаимодействий возникает единое взаимодействие. Существуют различные версии теории Великого объединения.Простейшая версия принадлежит Г. Джорджи и Ш. Глэшоу (1974 г.). Её называют минимальной SU(5)-моделью. Символ SU(5) означает специальная унитарная пятимерная группа симметрии, с 6 кварков и 6лептонов. К четырём уже известным фундаментальным бозонам (W, Z, γ глюон)добавляются два новых – переносчики сил Великого Объединения бозоныX и Y, имеющие спин 1, и дробные электрические заряды (соответственно+4e/3 и +e/3). Барионный заряд X-бозона B(X) = 0. Таким образом,возникает новый «полный набор» фундаментальных частиц

6кварков + 6 лептонов + 6 бозонов.

«Физики издавна стремились создать единую основополагающую теорию, которая объединила бы все известные силы. … неабелевы теории с локальной симметрией».Г. ’т Хофт. «Калибровочные теории сил междуэлементарными частицами» УФН 135 479–512 (1981)

Идея, объясняющая соотношениемежду числом реликтовых фотонов nγ и числом барионов nB

nγ/nB ≈10была впервые высказана А. Д.Сахаровым. Он же высказал идею о возможном несохранении барионного и лептонного зарядов.

А. Д. Сахаров: «Теория расширяющейся Вселенной,предполагающая сверхплотное начальное состояние вещества, по-видимому,исключает возможность макроскопического разделения вещества и антивещества;поэтому следует принять, что в природе отсутствуют тела из антивещества, т.е.Вселенная асимметрична в отношении числа частиц и античастиц (С‑асимметрия). В частности, отсутствие антибарионов и предполагаемоеотсутствие неизвестных барионных нейтрино означает отличие от нуля барионногозаряда (барионная асимметрия). Мы хотим указать на возможное объяснение С‑асимметрии вгорячей модели расширяющейся Вселенной с привлечением эффектов нарушения CP-инвариантности.Для объяснения барионной асимметрии дополнительно предполагаем приближенныйхарактер закона сохранения барионов.

… Возникновение С-асимметрии понашей гипотезе является следствием нарушения CP-инвариантности при нестационарных процессах расширения горячейВселенной на сверхплотной стадии, которое проявляется в эффекте различияпарциальных вероятностей зарядово-сопряженных реакций. Этот эффект еще ненаблюдался на опыте, но его существование представляется теоретическинесомненным (первый конкретный пример − распад Σ+ и Σ былуказан С. Окубо ещев 1958 г.) и он должен, по нашему мнению, иметь важное космологическоезначение.
Мы относим возникновение асимметрии к ранним стадиямрасширения, которым соответствует плотность частиц, энергии и энтропии,постоянная Хаббла и температура порядка единицы в гравитационных единицах(плотность частиц n ~ 1098 см–3, плотность энергии ε ~ 10114 эрг/см3 в обычных единицах)[*]».

    Большаявеличина отношения nγ/nB объясняется практическиполной аннигиляцией материи и антиматерии на начальном этапе развитияВселенной. Превышение числа барионов над числом антибарионов по оценкамсоставляло 10-9. Уцелевшие в аннигиляции барионы составляютнаблюдаемое в настоящее время вещество во Вселенной.
Распадные свойства X-бозонов могли привести к асимметриивещества-антивещества во Вселенной. Допустим, что при высоких температурах(T >1028  К), соответствующих энергиям Великогообъединения вначале было одинаковое число X- и -бозонов. Напишем основные каналы распадов X-и -бозонов с образованием uu-кварков и парыантикварк  — позитрон e+.

Каналы распада X-бозона.

X u + u Вероятность распада α
B = 0 1/3 1/3
Q = +1/3 +2/3 +2/3
X + e+ Вероятность распада 1−α
B = 0 −1/3 0
Q = +4/3 +1/3 1

Соответствующие каналы распада -бозона.

+ Вероятность распада β
B = 0 −1/3 −1/3
Q = −4/3 −2/3 −2/3
d + e Вероятность распада 1−β
B = 0 +1/3 0
Q = −4/3 −1/3 −1

Так как X и  являются частицей и античастицей, какследует из СРТ‑инвариантности, среднее время жизни у них должно быть одинаковым

τ(X) = τ().

Однако их вероятности распадаα и β могут различаться. Отсюда следует, что если α > β,то избыток α − β будет приводить к тому, что в результатераспада X- и ‑бозонов будет образовываться превышениечисла кварков над антикварками, т.е. преобладание вещества над антивеществом.Однако для того, чтобы преобладание вещества над антивеществом в процесседальнейшей эволюции Вселенной сохранилось, необходимо выполнение ещё одногоусловия – Вселенная должна расширяться и её температура должна понижаться.
В горячей Вселенной, находящейся в состоянии тепловогоравновесия, будут происходить не только рассмотренные выше процессы распадаX- и — бозонов, но и их эффективноеобразование в реакциях

u + u ↔ X,     +e+ ↔ X,
+  ↔ ,  d + e ↔ .

    В системе,находящейся в состоянии термодинамического равновесия вероятности распада иобразования X-, -бозонов будут одинаковыми. Равновесныепроцессы будут приводить к тому, что образовавшийся при распадах X- и -бозонов избыток вещества будетликвидироваться. Поэтому необходимо, чтобы система вышла из состояния тепловогоравновесия. При расширении Вселенной, когда её температура падает ниже порогаэффективного образования X-бозонов (T < 1028 К),они выходят из теплового равновесия и реакции распада X- и -бозонов будут доминировать над реакциями ихобразования.

  X → u + u,      X →  +e+,
→  + ,     →d + e.

    Поэтому образовавшийсяизбыток вещества над антивеществом сохранится. Таким образом, для образованияпреобладания вещества над антивеществом во Вселенной необходимо выполнениеследующих условий:

  • первоначально горячая Вселенная,
  • нарушение СР-инвариантности,
  • нарушение законов сохранения барионного илептонного зарядов,
  • нарушение теплового равновесия.

 Распад протона

    Одним из важнейших предсказаний ТВО является распад протона… каналы распадов его и нейтрона.