Асимптотическая свобода

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Асимптоти́ческая свобо́да — физический эффект, возникающий в некоторой калибровочной теории, в которой взаимодействие между частицами, такими как кварки, становится сколь угодно малым при уменьшении расстояния между частицами. Другими словами в асимптотическом пределе r→0 частицы перестают взаимодействовать и становятся свободными.

В 2004 году Нобелевская премия по физике присуждена трем физикам-теоретикам из США — Дейвиду Гроссу, Дейвиду Политцеру и Фрэнку Вильчеку с формулировкой — «за открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий»[1].

История[править | править код]

После войны произошло объединение квантовой механики с теорией относительности, что ознаменовалось построением математического аппарата квантовой теории поля, которая описывает взаимодействие элементарных частиц. Квантовая электродинамика (КЭД) начала развиваться в работах Дирака, Паули, |Ферми, но только после войны было показано как избавляться от расходимостей, обычно присутствующих в квантовых теориях поля. Расширение КЭД на на сильные взаимодействия оказались невозможно. Однако в 1954 году Ч. Н. Янг и Р. Миллс рассмотрели неабелевые калибровочные симметрии, М. Гелл-Ман и Дж. Цвейг в 1964 году ввели кварки и в 1965 году появились работы Н. Н. Боголюбова, Б. В. Струминского и А. Н. Тавхелидзе и независимо Хан Му Ёна[en] и Й. Намбу, которые ввели новое квантовое число названное цветом. Тогда все адроны состоящие из кварков можно описать на языке новой неабелевой калибровочной теории поля, где взаимодействие переносится безмассовыми глюонами. Новая квантовая теория для описания взаимодействия кварков квантовая хромодинамика оказалась нелинейной и встретила трудность квантовая из-за нарушения унитарности как показал Ричард Фейнман в 1963 году. Для восстановления унитарности Л. Д. Фаддеев и В. Н. Попов ввели «духов» в квантовую теорию неабелева калибровочного поля, что позволило использовать фейнмановкие диаграммы и подстегнуло исследование новой теории. Из-за нелинейности теории обычная теория возмущений оказалась малоэффективной, поэтому основным математическим аппаратом оказался формализм ренормгруппы. Этот формализм появился в работах 50-х годов Э. К. Г. Штюкельберга и А. Петермана[en] и М. Гелл-Манна и Ф. Е. Лоу, но законченную форму приобрёл в исследованиях Н. Н. Боголюбова и Д. В. Ширкова. Метод ренормгруппы позволяет вычислить ультрафиолетовые и инфракрасные асимптотик благодаря учёту основных вкладов бесконечного класса диаграмм Фейнмана.

К началу 70-х годов все эти результаты предшествовали открытию асимптотической свободы. Д. Гросс, Ф. Вильчек[2] и Д. Политцер[3] показали что с уменьшением расстояния между кварками эффективная константа взаимодействия в КХД уменьшается, что приводит к исчезновению взаимодействия. Это подтверждалось в экспериментах по глубоконеупругому лептон-адронному рассеянию на линейном ускорителе электронов в Стэнфорде (США). Асимптотическая свобода оказалась важна для практического применения КХД, поскольку разбила область взаимодействия кварков на две области больших и малых расстояний, где можно применять теорию возмущений. Аналогичное явление было открыто в квантовой электродинамике для заряженых векторных полей В. С. Ваняшиным и М. В. Терентьевым в 1965 году[4], в теории Янга-Милса И. Хрипловичем в 1969 году[5] и Г. ’т Хоофтом в 1972 году[6]

Ссылки[править | править код]

  1. The Nobel Prize in Physics 2004. Nobel Web (2004). Проверено 24 октября 2010.
  2. D. J. Gross, F. Wilczek (1973). «Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories». Physical Review Letters 30 (26): 1343–1346. DOI:10.1103/PhysRevLett.30.1343. Bibcode1973PhRvL..30.1343G.
  3. H. D. Politzer (1973). «Reliable perturbative results for strong interactions». Physical Review Letters 30 (26): 1346–1349. DOI:10.1103/PhysRevLett.30.1346. Bibcode1973PhRvL..30.1346P.
  4. V. S. Vanyashin, M. V. Terent'ev (1965). «The vacuum polarization of a charged vector field». Journal of Experimental and Theoretical Physics 21 (2): 375–380. Bibcode1965JETP...21..375V.
  5. I.B. Khriplovich (1970). «Green's functions in theories with non-Abelian gauge group». Soviet Journal of Nuclear Physics 10: 235–242.
  6. G. 't Hooft (June 1972). «Unpublished talk at the Marseille conference on renormalization of Yang–Mills fields and applications to particle physics».

Литература[править | править код]