Читайте также:
|
|
Напруженість електричного поля зменшується обернено пропорційно квадрату відстані від заряду, що створює поле. Подібного роду сили, повільно убуваючі з відстанню, називають дальнодії. Для сил типу електричних немає можливості ввести кінцевий «радіус» їх дії; поле звертається в нуль тільки на нескінченно великій відстані від заряду. Можна сказати, що радіус електричних сил дорівнює нескінченності. Відповідно до квантової теорії нескінченний радіус дії пов'язаний з рівністю нулю маси фотона. Слабка взаємодія здійснюється дуже важким мезоном (він приблизно в 80 разів важче нуклона), і воно є блізкодействія. Радіус слабкої взаємодії можна оцінити величиною 10 -16 см.
Глюони не мають маси, тому радіус сильної взаємодії має бути нескінченним. Спостережуване сильна взаємодія безбарвних адронів з коротким 10 -13 см радіусом - всього лише видимий прояв кварк-глюонної сил, аналогічне електричному взаємодії нейтральних атомів або молекул між собою.
Таким чином, сили в хромодинамике, як і в електродинаміці, дальнодействующіх. У електродинаміки вони убувають обернено пропорційно квадрату відстані від точкового заряду. А в хромодинамике вони зростають із зростанням відстані між цветозаряженнимі частинками.
Якщо в деяку середу поміщений електричний заряд - джерело електричного поля, то відбувається поляризація середовища: частинки середовища під дією поля повертаються так, що заряди знака, протилежної внесеного заряду, виявляються ближче до нього, ніж однойменні. У результаті дія заряду на великій відстані послаблюється, заряд «екранізується» зарядами протилежного знака. «Екранований» заряд менше первинного.
Відповідно до квантової електродинаміки, розглянутий ефект виникає не тільки в середовищі, а й у вакуумі: існує явище поляризації вакууму, викликане виникненням та зникненням в ньому віртуальних електронно-позитронного пар. При наближенні до джерела поля - електрично зарядженою частці - ефективний заряд повинен зростати.
Вимірюваний при звичайних енергіях заряд електрона е = 1,6 * 10 -19 Кл - це ефективний заряд; він оточений хмарою віртуальних пар. «Справжній» заряд, заряд «голого» електрона, без шуби з віртуальних частинок, можна було б спробувати виміряти, вивчаючи процеси при дуже високих енергіях, коли заряджені частинки повинні виявитися на дуже малій відстані один від одного. Однак у таких експериментах починають грати роль сильні взаємодії, так що про процеси при надвисоких енергіях квантова електродинаміка взагалі не дає ніякої інформації.
У хромодинамике переносник взаємодії-глюонної поле саме є зарядженим (тобто кольоровим). Утворюючи навколо джерела поля - кварка - поляризаційне хмара, глюони беруть на себе заряд кварка. Виходить ефект антіекраніровкі. Розрахунок показує, що антіекраніровка переважає над звичайною екрануванням, викликаної віртуальними парами кварк - антікварк, якщо число ароматів кварків не надто велика, не більше 16 (нагадаємо, що нам відомо 5 ароматів).
При зменшенні відстані від джерела глюонного поля цветозаряд прагне до нуля. Інакше кажучи, при великих енергіях частинок, що стикаються (точніше, в процесах з великим переданим імпульсом) кварки можна розглядати як вільні, невзаємодіючі один з одним частинки.
Ситуація парадоксальна, але повністю підтверджена експериментом. Вивчення розсіювання лептонів на протонах при великих переданих імпульсах - так зване «глибоко непружне» розсіювання, при якому взаємодія відбувається на дуже малій відстані, а від лептона протону передається великий імпульс - показало, що адрони ведуть себе так, як якщо б вони складалися з невзаємодіючі точкових частинок - Партон. Ці результати були отримані в Стенфорді в 1967-1968 рр.., А Партон модель адронів сформульована Р. Фейнманом в 1969 р. Вивчення струменів повністю підтверджує слабкість сильної взаємодії на малих відстанях. Ослаблення ефективної взаємодії з ростом енергії називається асимптотичної свободою (тобто свободою в межі нескінченно високої енергії). Це властивість полів Янга - Міллса було виявлено теоретично в 1973 р. голландцем т'Хоофтом, а також американськими фізиками Д. Гроссом разом з Ф. Вілчек і незалежно X. Політцера.
Поведінка взаємодії між кварками на великих відстанях також визначається самодіючі глюонів. При видаленні кварків один від одного глюонної полі завдяки тяжінню глюонів один до одного стискається так, що лінії поля стають паралельними аналогічно лініях електричного поля в плоскому конденсаторі. Як відомо, в плоскому конденсаторі поле однорідне, напруженість однакова у всьому обсязі. Потенціал такого поля змінюється в напрямку від однієї пластини до іншої, зростаючи із зростанням координати. При незмінному заряді енергія поля всередині конденсатора зростає із збільшенням відстані між пластинами. Точно так же, чим більше відстань між кварками, тим більше енергія глюонного поля. При достатньому видаленні кварків один від одного можуть виникнути глюон або пари кварк - антікварк, причому вони тут же породжують безбарвні адрони. Вільні частинки з дробовим зарядом до цих пір не спостерігалися, незважаючи на ретельні пошуки. Ймовірно, не може існувати і вільний глюон. Відсутність вільних кварків і глюонів називають «невилетаніем кольору».
Поява кварків фіксується за особливостями освіти адронів в зіткненнях на зустрічних пучках. У результаті розпаду важких кварків виникають два струмені адронів, спрямовані в протилежні сторони. Якщо, крім кварків, в проміжному стані є глюон, то має з'явитися ще один струмінь.
Глюонної струменя були виявлені в 1979 р. в експериментах на зустрічних пучках. При цьому спостерігалося збільшення числа трехструйних подій у міру збільшення енергії частинок, що стикаються, що передбачається теорією. Вивчення кутового розподілу струменів призвело до висновку, що спін глюони дорівнює одиниці, як і повинно бути, раз глюонної поле є калібрувальним.
Оскільки глюони взаємодіють один з одним, можливо існування безбарвних пов'язаних станів двох або більшої кількості глюонів - глюболов («куль з клею»). Ці стани нестабільні і повинні виявлятися як резонанси в розсіянні. Прикладом глюбола є глюонної - частинка, що складається з глюонів і антіглюона, наприклад, rb і br. Глюболи повинні виникати при розпадах «Чармон» з c, т. е. J / ψ - частки: вона може розпадатися на адрони не безпосередньо, а в результаті перетворення в три глюони або два глюони і фотон. Виникаючі глюони можуть об'єднатися в глюбол. При розпаді J / ψ - частки, дійсно, були знайдені нові резонанси; їх маси-1440 ГеВ / с 2 і 1700 ГеВ / с 2, однак немає впевненості, що їх слід ототожнити з глюболамі.
Цікаві результати були отримані в Інституті фізики високих енергій в експерименті, виконаному під керівництвом Ю. Д. Прокошкіна. Пучок негативно заряджених піонів з енергією 40 ГеВ прямував в камеру з рідким воднем. При зіткненні півоній з протонами відбуваються різноманітні події, але дослідників цікавило народження нейтральних частинок: π - р → n π o π o (1)
π - р → n η η (2)
π - р → n η η '(3)
Маса η - частки дорівнює 550 МеВ / с 2, η '- частки - 959 МеВ / с 2.
Дослідження реакцій (2) та (3) показало, що частина η - частинок виникає в результаті розпаду невідомої раніше частки без спина з масою 1590 МеВ / с 2. Її час життя - близько 3 * 10 -24 с. Цікаво, що G - мезон (так назвали новий резонанс) не розпадається ні на півонії, ні на каона. Це значить, що він не може мати кваркової структури типу uu, dd або ss. Розпад (3) відбувається в 3 рази частіше, ніж розпад (2), а теорія передбачає таке відношення для розпадів глюбола. Насторожує велика маса G-мезона; теоретично маса глюбола повинна бути менше. І все ж, G-мезон є досить імовірним кандидатом у глюболи.
Тепер звернемося до питання: що може квантова хромодинаміка? Відомі успіхи квантової електродинаміки, її точне відповідність експериментальним даним; її методами не тільки розраховують різні процеси (розсіяння електронів і фотонів, випускання і поглинання світла), а й дуже тонкі ефекти, пов'язані з впливом поляризації вакууму. Ці успіхи значною мірою зобов'язані малій величині електромагнітної взаємодії, яке характеризується безрозмірною величиною α = e 2 / hc = 1 / 137, званої постійної тонкої структури. Трохи взаємодії, точніше, трохи α в порівнянні з 1, дозволяє розглядати його як добавку («обурення») до основних членам рівнянь, що описує поведінку вільних частинок, і методом послідовних наближень отримувати рішення з будь-яким ступенем точності.
У квантовій хромодинамике взаємодія стає малим на малих відстанях. У зв'язку з цим з'являється можливість скористатися методами, аналогічними розрахункових методів електродинаміки, щоб отримувати інформацію про процесах при високій енергії. Безрозмірна постійна, що характеризує кольорове взаємодія при високій енергії, близька до 0,2; це значно більше постійної тонкої структури, але все-таки менше одиниці. Для розробки методів розрахунку навіть в області високих енергій довелося подолати ряд труднощів, яких не було в електродинаміці. Значний внесок у розробку апарату квантової хромодинаміки внесли радянські вчені Л. Д Тадея, Є. С. Фрадкін, А. А. Славнов, В. М. Попов та ін Послідовною теорії кольорового взаємодії, на великих відстанях не існує; такі процеси описуються з допомогою моделей, що мають обмежену сферу застосування.
Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 158 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |