Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
179). Испущенный электроном фотон, прежде, чем поглотиться протоном,
рождает виртуальную электрон-позитронную петлю. Такой процесс,
действительно, существует и носит название поляризации вакуума.
Образование виртуальных пар, конечно, сказывается, на распределении
электрического поля, окружающего рассматриваемый электрон, но
обнаруживается только на малых расстояниях.
Применим сказанное к адронам. Виртуальные кварк-антикварковые пары
возникают вокруг каждого из кварков, входящих в состав адронов, и на
малых расстояниях от кварков уменьшают глюонное поле, ответственное за
сильное взаимодейстяие. Внутри адронов действующие на кварки силы
уменшаются. Это явление получило название асимптотической свободы. Кварки
не могут покинуть адрона, потому что на них действуют огромные силы
притяжения - силы сильного взаимодействия. А внутри него они почти
свободны. Интересно было бы исследовать это экспериментально. Однако
"прощупать" пространство внутри адрона не так просто. Для этого нужно
локализовать пробные частицы в пространстве внутри адрона (знать, что
пробная частица пролетела не возле, а именно внутри адрона), а для этого
необходимы огромные энергии: чтобы локализовать частицы в некотором
объеме, нужно, чтобы они имели соответственно малую длину волны, а значит
большую энергию. По мере возрастания энергии ускорителей такие опыты
постепенно становятся возможными.
Скажем несколько слов об электрослабом взаимодействии. Оно возникает в
результате объединения электрического и слабого взаимодействий и при
небольших энергиях проявляется слабо. Так, при распаде нейтрона оно
приводит только к небольшим поправкам к формулам, но при энергии LEP (205
ГэВ) уже сказывается в полную силу.
§85. Переносчики взаимодействий
445
Для полноты изложения упомянем о Великом объединении. По современным
представлениям по мере возрастания энергии силы электромагнитного,
слабого и сильного взаимодействия должны сближаться и смешиваться в одно
взаимодействие. Наблюдать Великое объединение на опыте, по-видимому,
никогда не удастся (оно должно наступить при энергиях порядка 1016 ГэВ).
§ 85. Переносчики взаимодействий. Ядерные силы. Таблицы фундаментальных
частиц и переносчиков взаимодействий
До сих пор мы рассматривали силы гравитационного, электромагнитного,
ядерного, сильного и слабого взаимодействий, почти не обращая внимание на
переносчиков этих сил. В классической физике просто полагается, что на
частицы действуют силовые поля - гравитационное и электромагнитное -
других полей классическая физика не знает. В квантовой физике эти
представления изменяются. За полями мы уже научились видеть истинных
переносчиков взаимодействия - кванты этих полей. Для классических полей -
это гравитоны и фотоны. Когда поля достаточно сильны и квантов много, мы
перестаем различать их как отдельные частицы и воспринимаем просто как
поле. Но истинными переносчиками взаимодействий являются, конечно,
соответствующие частицы. В этой главе уже говорилось о том, что
переносчиками сильных взаимодействий являются глюоны. К сказанному
следует добавить, что их число равно восьми, что их спин равен единице, а
масса равна нулю. Мы сведем данные о переносчиках взаимодействий в
таблицу в конце этой главы.
А сейчас постараемся понять почему их восемь. Мы уже говорили о том, что
сильное взаимодействие возникает из-за того, что кварки могут быть
"окрашены" в три цвета: "красый", "желтый" и "зеленый". Глюоны являются
переносчиками цвета. Это означает, что они меняют один цвет кварка на
другой, например, желтый на красный. То есть они уничтожают желтый цвет и
генерируют красный или любой другой из возможных. Таких возможностей
девять. Так для желтого цвета это означает: уничтожить желтый цвет и
родить вместо него красный, зеленый или снова желтый. И так с остальными
двумя цветами. Из этих девяти преобразований три ничего не меняют. Они
генерируют тот же цвет, что уничтожают. Дальнейший анализ показывает, что
из них образуются две независимые комбинации со "скрытым" цветом, две
вместо трех. Поэтому глюонов не шесть и не девять, а восемь.
В течение многих лет физики искали переносчиков слабого взаимодействия.
Теоретические соображения показывали, что этих переносчиков должно быть
три и что их массы должны быть очень больши-
446
Глава 16
ми. Они были обнаружены только в начале 80-х годов. Это ГК+-, W~-
И Z°-6030HbI.
ГК+- и ГК--бозоны являются частицей и античастицей. Эти частицы имеют
массу, равную 80,4 ГэВ. Они неустойчивы и имеют много каналов распада.
Многообразие этих каналов и приводит к тому, что слабое взаимодействие
действует на все частицы. Эти бозоны способны распадаться как на адроны,
так и на лептоны. (При этом, конечно, выполняются общие правила, и не
только электрический заряд, но и ба-рионное и лептонное числа всегда
остаются неизменными). Спин ГК+, W~ и ^0-6озонов равен единице, поэтому
они подчиняются статистике Бозе. Их называют векторными бозонами. Время
