КАЛИБИРЛЕУЛІК СИММЕТРИЯ (грекше «симметрия – өлшемділік») – өрістер теориясының теңдеулерінің кеңістік-уақыттық нүктелеріне тәуелді параметрлерімен сипатталатын ішкі симметриясының (яғни қарапайым бөлшектердің қасиеттерімен байланысқан симметриясының) жалпылама атауы.
Физикада іргелі өзараәсерлесулер төрт типке ажыратылған; олар: күшті, электрмагниттік, әлсіз және гравитациялық өзараәсерлесулер. Осыған сәйкес қарапайым бөлшектердің төрт класы бар: өзараәсерлесудің барлық типіне қатысатын адрондар (бұлар бариондар мен мезондарға бөлінеді); тек күшті өзараәсерлесуге ғана қатыспайтын лептондар (бұлардың ішінде нейтрино электрмагниттік өзараәсерлесуге қатыспайды); тек электрмагниттік өзараәсерлесуге қатысушы фотон; гравитациялық өзараәсерлесуді тасушы болжалдық гравитон. Бөлшектердің әрбір тобы ерекше сақталу заңдарымен сипатталады. Осылай бариондық және электр зарядтарының, электрондық және мюондық лептондық зарядтардың сақталулары осылай өте дәл анықталған. Күшті өзараәсерлесуде бұлардан өзге изотоптық спиннің, ғажаптылықтың, «таңқаларлықтың» т.б. жуық сақталу заңдары бар, бұлар электрмагниттік және (немесе) әлсіз өзараәсерлесулер кезінде бұзылады. Сақталу заңдарының әрқайсысы өріс теңдеулерінің белгілі бір ішкі симметриясының көрінісі болып табылады. Егер, мысалы, әйтеуір бір тәсілмен электрмагниттік және әлсіз өзараәсерлесулер «шығарылып» тасталатын болса, онда протон мен нейтрон бірінен-бірі айырғысыз болар еді. Протон мен нейтрон толқындық функциямен анықталатын кванттық нысан болғандықтан, бұларды ажырату және бұлардың кез келген суперпозициясын да ажырату мүмкін болмайды. Осы жайт изотоптық спиннің сақталуына сәйкес болатын теңдеулердің ішкі симметриясы болады.
Калибирлеу симметриясы кванттармен алмасуды бөлшектердің өзараәсерле- суімен алмастырған векторлық калибирлеу өрісінің қажеттілігіне әкеп соқ- тырған.
Электрон калибирлік инварианттылықтың талабын орындау үшін кейбір векторлық өріспен өзараәсерлесуі қажет. Егер осы өріс үшін теңдеулердің өздері калибирлік-инварианттылық болатын болып жазылатын болса, онда Максвеллдің теңдеулері шығады. Сондықтан электронның толқындық функциясын калибирлеуіш түрлендірулерге арналған компенсациялауыш (калибирлеуіш) өріс – электрмагниттік өріс, ал калибирлеуіш бөлшек – спині 1-ге тең массасы болмайтын фотон болады.
Кварктер динамикасын сипаттайтын кванттық хромодинамикада бір «түсті» фермионның орнына әлгіндей үш фермион пайда болады, бірақ калибирлеу түрлендірулерінен өзгелері фазаларын өзгертумен қатар «түсін» де өзгерте алады [себебі толық симметрия кезінде «түс» те фаза секілді байқалмайды]. Бір фазаның орнына сегіз өзгермелі фаза «түсі» пайда болады. Осы жағдайда қозғалыс теңдеулеріндегі өзгерістерді компенсациялау үшін глюондық өріс деп аталған сегіз «түсті» ендіруді қажет етеді. Бұлардың кванттары – массасыз «түсті» глюондар. Глюондармен алмасу кварктердің өзараәсерлесуіне әкеледі. Глюондардың фотондардан айырмашылығы – кварктер секілді «түсті» («зарядталған») болуында, олар глюондар шығару және жұту арқылы өзараәсерлеседі, яғни глюондық өріске арналған теңдеулер (вакуумдағы Максвелл теңдеулерінен айырмашылығы) сызықтық емес теңдеулер болады. Осы тектес калибирлеу теориясы мен калибирлеу өрісі абельдік емес теория және өріс деп аталған. Әлсіз және электрмагниттік ортақ теория үшін ең жемісті калибирлеуіш инварианттылық идея болды. Осы теорияда электрмагниттік өзараәсерлесуді жүзеге асыратын фотонмен қатар әлсіз өзараәсерлесуді тасымалдайтын бөлшек – жаңа векторлық бозондар пайда болды. Әлсіз өзараәсерлесу тек өте жақын аралықта (<10–15 см) білінетін болғандықтан осындай аралық векторлық бозондардың массивті болуы қажет. Екінші жағынан калибирлеуіш өрістің массасыз болуы қажет. Сондықтан оларда массаның пайда болуы қозғалыс теңдеулерінің калибирлеуіш инварианттылығын бұзады. Осы қиындықтан құтылу үшін 1964 жылы американ физигі П.Хиггс калибирлеу симметриясын бұзбайтын спинорлық өріске қосымша бір-бірімен калибирлеуіш түрлендірулерімен байланысқан өздігінен әсер ететін скалярлық өріс (Хиггс өрісі) енгізген. Осы өрістердің өздік әсерлері калибирлеуіш-инварианттық шешім орнықсыз болатындай (яғни потенциалдық энергияның минимумына сәйкес болатындай) болып таңдалады. Минимал энергияға үздіксіз шешімдер сәйкес болады, бұлардың әрқайсысы калибирлеуіш түрлендірулерге қатысты инва- рианты болмайтын, бірақ бұл шешімдер тұтастай қарастырылғанда инвариантты болады: калибирлеуіш түрлендірулерде бір шешім екінші шешімге айналады. Табиғатта осы шешімдердің тек біреуі ғана жүзеге асырылады. Бұл құбылыс симметрияның өз еркімен (өзінше) бұзылуы немесе Хиггс эффектісі деп аталған. Осы құбылыс қозғалыстар теңдеулерінде калибирлеуіш симметрияны бұзбастан, бозондарды ауыр бөлшекке айналдырады. Сондықтан бозондар аралық векторлық бозондарға электрлік зарядталған (W+ және W–) және бейтарап (Z°) күйінде енеді. Массасы (Z°) ~90 ГэВ, ал W±~ 80 ГэВ; фотонның массасы нөлге тең болып қалады.
Өрістің кванттық теориясының қызғылықты мәселесі ортақ калибирлеуіш сұлбаға (схемаға) күшті өзараәсерлесуді қосу («ұлы бірігу» деп аталатын) болып табылады. Бірігудің екінші бір болашағы бар бағыты – суперкалибирлеу симметриясы немесе жай суперсимметрия деп есептелуде. Бір ғана спині болатын «араластырылатын» бөлшектің әдеттегі калибирлеу түрлендірулерден айыр- машылығы – кванттарының спиндері әртүрлі суперкалибирлеу түрлендірулер өрістерді, мысалы, спині 1 бозондар спині ½ болатын фермиондармен «араластырады».