34.Сильное взаимодействие

Квантовая хромодинамика и ее основные положения

Многие теоретики, в том числе Дайсон, утверждали, что теория сильного взаимодействия (СВ) была создана не ранее чем 100-200 лет назад. Но все таки были положены основы теории СВ и она была названа квантовой хромодинамикой(КХД).

В 70г была выдвинута теория, что взаим-е адронов осуществляется за счет цветового заряда => название этой теории(цвет≡хром). До сих пор теория КХД до конца не развита. Основные положения разраб и в их рамках предсказаны свойства С~C (чармония) и после было показано, что эти предсказания совпадают с экспериментом.

В основе КХД лежат следующие положения: 1. адроны состоят из кварков, к-ые имеют 6 ароматов( u d s c t b) и 3 цвета (R G B). 2. в самом грубом предпол барионы можно считать построенными из 3х кварков разн цветов, а мезоны из кварков и антикварков с равным распределением цветов => кварки принято называть валентными( валентные кварки – это такие к-ые определяют квантовые числа адронов). 3. преобразование в пр-ве ароматов порожд-ет нарушение симметрии и соотв-но приближенные законы сохранения. Если оператор А – оператор физ величины и [A,H]=0 => физ величина А отвеч-ая оператору А является сохраняющейся величиной. ЗСИмпульса(Момента Импульса) – говорит об однородности пр-ва(симметрии пр-ва отн-но пространственно временного преобразования). ЗСИзоспина – пр-во изоспиновое инвариантно (сим-ия в изоспиновом пр-ве).

М/выполняться строгие и не строгие ЗС. В ЭМ взаимод изоспин не сохраняется, а сохраняется его 3ья проекция => наруш точный ЗС. Там где выполн точные ЗС => полная сим-ия пр-ва, иначе нарушается сим-ия пр-ва.

4. преобр в пр-ве цветов (RGB) порожд полную цветовую сим-ию. В результате локализации этих сим-ий возникает 8 калибровочных частиц к-ые обозн буквой g . И эти 8 калибровочных частиц называются глюоны.

Эти калибровочные част явл бозонами => J(спин)=0, пространственная четность (этта) отрицательная. Остальные характеристики равны 0: лептонный заряд L=0, барионный заряд B=0, T=0,T3=0, s,c,b,t=0,q=0(эл заряд), гипер заряд Y=0.

Есть пр-во цветов RGB => вводят тензорную величину.

R G B

R~ | R~R | R~G | R~B |

G~ | G~R | G~G | G~B|

B~ | B~R | B~G | B~B |

Сущ-ет 6 не диагональных глюонов.(g1=R~G,g2=R~B,g3=G~R,g4=G~B,g5=B~R,g6=B~G). Калибровочное преобор порождает цветовуюсим-ию. Эти глюоны состоят из цвета и антицвета. При суммировании диагоналтных элем-ов дает белый цвет => их обнаружить не удается => лин комбинация диагон-х эл-ов глюонами не считается

G7=1/(2)^0.5*(R~R-G~G), g8=1/(6)^0.5*(R~R+G~G-2B~B), g9=1/(3)^0.5*(R~R+G~G+B~B) (g9 к глюонам не относится, тк бесцветная)

5. Глюоны объявлены переносчиками СВ. 2 кварка при взаимод-ии м/у собой м/обмениваться глюонами. Правила взаимод кварков: 1. кварк, испустив или поглотив не диагон глюон, изменяет свой цвет, а его аромта остается преждним. 2. если испукт или поглощ диагон глюон => цвет кварка не меняется. 3. g7 не взаимод с голубым кварком. 4. g8 м/взаимод с кварками всех цветов.

Глюон и его хар-ки

Преобр в пр-ве цветов (RGB) порожд полную цветовую сим-ию. В результате локализации этих сим-ий возникает 8 калибровочных частиц к-ые обозн буквой g . И эти 8 калибровочных частиц называются глюоны.

Эти калибровочные част явл бозонами => J(спин)=1, пространственная четность (этта) отрицательная. Остальные характеристики равны 0: лептонный заряд L=0, барионный заряд B=0, T=0,T3=0, s,c,b,t=0,q=0(эл заряд), гипер заряд Y=0.

Глюоны переносчики сильного взаимодействия

Глюоны объявлены переносчиками СВ. 2 кварка при взаимод-ии м/у собой м/обмениваться глюонами. Правила взаимод кварков: 1. кварк, испустив или поглотив не диагон глюон, изменяет свой цвет, а его аромта остается прежним. 2. если испукт или поглощ диагон глюон => цвет кварка не меняется. 3. g7 не взаимод с голубым кварком. 4. g8 м/взаимод с кварками всех цветов.

Понятие о кварках: валентных; токовых; конституентных; “морских” и “береговых”; партоны.

В грубом приближении можно считать, что каждый мезон состоит из кварка и антикварка, а каждый барион – из 3х кварков. Эти основные кварки называются валентными (валентные кварки – это такие, к-ые определяют квантовые числа адронов). Вводится понятие конституентный кварк. В КХД предполагается, что кварк аналог электрона, он окружен облаком глюонов и пар кварк-антикварк (из легких кварков). Основа – валентный кварк. Такой кварк получил название конституентный кварк.

Более точно, кроме валентных кварков (и антикварков) каждый адрон содержит еще «море» непрерывно рождающихся и поглощающихся виртуальных пар кварк-антикварк. В понятие «моря» часто включают и виртуальные глюоны. Всякий реальный адрон м/представить в виде валентных кварков, погруженных в «море». Адроны состоят из конституентных кварков или они состоят из бесконечного числа точечных объектов – партонов (кварков, антикварков, глюонов). Кварки и антикварки, входящие в состав облака называются морскими, валентные кварки называют береговыми.

Кварк непосредственно участвующий в взаимод с глюонами носит название токовые кварки. Т.е. в выражение для гамильтониана входят токи(цветовые).

Асимптотическая свобода

Между кварками действуют силы притяжения, обладающие двумя необычными свойствами. Одно из них называется асимптотической свободой. Оно состоит в том, что на малых расстояниях r<2*10^(14) см силы кварк-кварк ничтожно малы. Согласно соотношению неопределенностей импульс-координата это означает, что кварки ведут себя как свободные при относительных импульсах delta p >1 ГэВ/с.

Конфайнмент (удержание) кварков.

Кварки не могут существовать в свободном виде. Эта проблема получила название конфайнемент-удержание кварков внутри адронов. Механизм(можно не писать!!):

Энергия взаимод м/у кварками уменьшается при их сближении. Она практически равна нулю на малых расстояниях(асимптотическая или центральная свобода).Наоборот, с ростом расстояния м/у кварками их энергия взаимод возрастает и на достаточно больших расст становится бесконечно большой( периферическое пленение). Цветные кварки как бы заперты в адронах. Это явление получило название confinement – невылетание, инфракрасное удержание. Одно из объяснений этого явления – модель струны.

Очаровательная странность.

Обнаружена новая субатомная частица, которая не вписывается в стандартную модель. Новая частица, мезон, состоящий из так называемого «шарм»(«очаровательного»)-кварка и антикварка(из категории «странных»). Если данная частица действительно является «очаровательным» кварком, спарившимся со «странным» антикварком, то масса ее должна быть равной 25 00МЭВ, но она оказалась на 10% меньше. Одно из объяснений: это не пара кварк-антикварк, а некое прежде невиданное четырех-кварковое состояние.