Партнеры

Рекомендуем

• Изготовление памятников саратов еще здесь.

Счетчики








Конфайнмент

Драма идей в познании природы

Согласно квантовой хромодинамике на больших расстояниях между цветовыми зарядами величина ac становится совсем большой. Как оборотная сторона асимптотической свободы цветовых зарядов, удаленных друг от друга на малое расстояние, возникла идея об абсолютном связывании - конфайнменте (английское confinement - тюремное заключение, ограничение свободы передвижения) цветовых зарядов на расстояниях порядка размеров ядра. На большие расстояния цветовые заряды друг от друга удаляться не могут. Из-за саморазмножения глюонов, из-за самодействия глюонных полей цветовое взаимодействие "самозамыкается" в размерах порядка ядерных. Кварки - объекты цветные. Конфайнмент цветовых зарядов объясняет, почему кварки или цветные частицы не наблюдаются в свободном состоянии.

Иногда связывание цветовых зарядов представляют себе как стягивание глюонного поля (поля цветового заряда) в трубку с постоянной плотностью энергии. Эта трубка стягивает цветовые заряды, так что потенциальная энергия их взаимодействия растет пропорционально расстоянию между зарядами.

На малых расстояниях система чармония сходна с атомом водорода или с позитронием. Масса глюонов предсказывается равной нулю, поэтому на малых расстояниях цветовое взаимодействие кварков подобно электромагнитному - потенциал их взаимодействия подобен кулоновскому потенциалу. На больших расстояниях глюонное поле стягивается в трубку и отвечает потенциалу, линейно растущему с расстоянием между кварками.

Количественный анализ системы чармония для потенциала, выбираемого в виде суммы "цветового кулоновского" потенциала и линейно растущего с расстоянием между c-кварками, позволяет хорошо описать свойства частиц семейства J/y. Представление о трубке глюонного поля позволяет также понять, почему во всех случаях электрон-позитронной аннигиляции независимо от цвета рождающихся кварков адроны получаются одинаково бесцветными.

Если, например, цветовые заряды разлетаются, как разлетаются два кварка, рожденные в электрон-позитронной аннигиляции, то по мере разлета потенциальная энергия взаимодействия цветовых зарядов растет и в некоторый момент начинает превышать энергетический порог рождения новой пары кварк-антикварк. Трубка разрывается. На месте разрыва появляются новые кварк и антикварк. Возникают уже две трубки, которые в свою очередь растягиваются, разрываются и образуют новые пары кварк-антикварк. Так можно качественно понять, почему образующиеся в электрон-позитронной аннигиляции адроны не несут цвета рождающихся кварков. Конфайнмент цветовых зарядов приводит к полному экранированию цвета.

Представление о разрывах трубок глюонного поля позволяет наглядно представить, как образуются в электрон-позитронной аннигиляции мезоны - связанные состояния кварка и антикварков. Но среди продуктов электрон-позитронной аннигиляции наблюдают и пары барион-антибарион. В рамках представлений о трубках глюонного поля описать рождение этих пар не так-то просто.

Когда речь идет о малых энергиях и, в частности, о нижнем энергетическом состоянии, кварки далеко не удаляются друг от друга, длинные трубки не образуются. Тогда возможно другое описание конфайнмента. Адрон представляют как мешок, в котором движутся почти свободные кварки (или в мезонах и антибарионах - антикварки), составляющие адрон. В этой модели есть свои проблемы. Например, что такое "мешковина".

Количественная теория конфайнмента пока не разработана. Да и качественные представления о его механизмах нужно еще уточнять. Продолжается поиск специфических для квантовой хромодинамики новых частиц - связанных состояний глюонов - глюболлов. Обсуждается возможность существования новых экзотических частиц (например, связанных шестикварковых систем - дибарионов). Физики надеются, что развитие квантовой хромодинамики позволит построить на ее основе и количественную теорию конфайнмента цветового заряда. Дело это не простое. Квантовая хромодинамика пока еще - количественная теория сильного взаимодействия в условиях, когда это взаимодействие оказывается совсем не сильным. Нет сомнения, что картина, основанная на кварках и глюонах, качественно верна и в тех областях, где их взаимодействие действительно сильное. Уже появляются работы, в которых специфика ядерных сил анализируется с учетом кварковой структуры. Но количественные проблемы здесь пока не решены.

В квантовой хромодинамике ядерные силы оказываются аналогичными силам Ван-дер-Ваальса, действующим между нейтральными атомами. Кулоновское взаимодействие между атомами отсутствует, но имеются существенно более слабые, чем кулоновские, силы Ван-дер-Ваальса между атомами, имеющие квантовую природу и отражающие наличие электрических сил между электронами и ядрами. Нечто подобное должно возникать и между нуклонами в ядре - межнуклонные силы должны появляться как остаточный эффект цветового взаимодействия кварков и глюонов. Однако в отличие от случая ван-дер-ваальсовых сил, явная связь межнуклонного и цветового взаимодействия не так проста. Поэтому в ядерной физике до сих пор широко применяют представления теории Юкавы о межнуклонном взаимодействии как обмене пионами и другими мезонами, рассматривая эти представления как способ описания эффектов цветового взаимодействия в области конфайнмента.

Замечательным свойством цветового взаимодействия оказалась его слабость на малых расстояниях. Вместе с тем конфайнмент принципиально более важен по сравнению с асимптотической свободой. Конфайнмент дает новое качество. Оказывается, что могут быть элементарные частицы - кварки и глюоны, - принципиально не наблюдаемые в свободном состоянии по отдельности. Понятие составной частицы не обязательно означает возможность разделить ее на составляющие. Такого не было ни у атома, ни у ядра.

Я.Б.Зельдович, М.Ю.Хлопов, 1988 год