Калибровочные поля - Коноплева Н.П.
Скачать (прямая ссылка):
не допускала порождения единичных л- и /(-мезонов, и связи типа Юкавы
оказывались с ее точки зрения чисто феноменологическими.
Онуки и Икеда в 1960 г. и Не'еман, Гелл-Ман и Глэшоу в 1961 г., исходя
из идей Сакураи, предложили 8-мерную симметрию для сильных
взаимодействий [44]. В отличие от теории Сакураи, опиравшейся на три
самостоятельные локализованные симметрии (две однопараметрические, как
в электродинамике, соответствующие сохранению числа барионов и
гиперзаряда, и локализованную группу изотопических вращений), в новой
теории указанные законы сохранения вытекали из одной группы симметрии,
а именно из группы SU (3). Эта группа объединяла все барионы (как и
мезоны) в одно 8-мерное представление. Предсказывались ряд новых частиц
и большое число правил отбора. Определялась форма связей с потенциалом
Юкавы для я-, К- и %-мезонов. Формула масс, вытекающая из SU (З)-
симметрии, находилась в хорошем согласии с экспериментом. Если модель
Сакураи привела к открытию векторных мезонов р, со, ф, то благодаря SU
(3) -симметрии был открыт П-резонанс и появились новые модели адронов,
получившие название кварковых моделей.
С точки зрения SU (З)-симметрии экспериментально наблюдаемые
частицы не являются элементарными, поскольку они не образуют
мультиплетов наинизшей размерности. Поэтому могут, в принципе,
существовать более "мелкие" структурные единицы, из которых составлены
наблюдаемые частицы. Такие частицы получили название кварков. Кварки
были введены Гелл-Маном и Цвейгом в 1964 г. как гипотетические
"составные части" нуклонов и мезонов, образующие наинизшее возможное
представление группы SU (3) - триплет [45]. Введение кварков было
вызвано стремлением уменьшить число необходимых "кирпичей
мироздания", поскольку число известных частиц, считавшихся по традиции
элементарными, слишком быстро росло. Кварки долгое время не
принимались всерьез, так как казались слишком экзотическими объектами.
Они должны были обладать дробными электрическими зарядами и двигаться
внутри адронов почти свободно, но никогда не появляться вне адронов. Не-
37
Смотря на то, что "кварковый счет" давал предсказания, согласующиеся с
экспериментом, кварки (и, позднее, их обобщение-пар- тоны, т. е. любые
"части" адронов) считались до недавнего времени скорее
вспомогательными, чем реальными объектами. Ситуация изменилась после
того, как в ноябре 1974 г. были открыты таинственные ф- (или /)-частицы,
принадлежащие к новому семейству частиц [46, 47]. Свойства ф-частиц
удалось объяснить с помощью введения четвертого шар тированного (или
очарованного) С-кварка. Это позволило представить ф-частицы как
шармоний, т. е. систему из шар- мированных кварка и антикварка,
аналогичную позитронию (системе е+е~), и предсказать его возбужденные
уровни, которые также были открыты. Силы, удерживающие кварки внутри
адронов, были объяснены с помощью неабелева калибровочного векторного
поля глюонов, переносящего новое квантовое число - цвет.
Теория неабелевых (т. е. связанных с неабелевой группой калибровок)
калибровочных полей оказалась единственной асимптотически свободной
теорией, т. е. такой теорией, которая в области больших импульсов (или на
малых расстояниях) предсказывает исчезновение взаимодействия, а при
малых импульсах (или на больших расстояниях) - его рост. Большинство
предложенных до сих пор механизмов удержания кварков (кварковой
тюрьмы) так или иначе используют свойства неабелевых калибровочных
полей. Однако вопрос о том, могут ли все-таки кварки вылетать,
окончательно не решен, так как он связан со сложной проблемой
инфракрасных расходимостей в калибровочных моделях. В настоящее время
эта проблема интенсивно исследуется.
Реджеизация калибровочных полей и дуальные модели. Удивительное
свойство асимптотической свободы теории неабелевых калибровочных
полей, кроме всего прочего, означает, что в этой теории нет знаменитой
проблемы "нуля заряда", от которой страдает квантовая электродинамика.
Эта проблема в свое время вызвала такой пессимизм среди теоретиков, что
некоторые из них решили строить теорию элементарных частиц, не
прибегая к квантовой теории поля, а используя только свойства S-матрицы.
Так появилась реджистика. Однако реджистика не смогла развиться в
последовательную теорию элементарных частиц, хотя в качестве
феноменологической модели и остается полезной при описании экс-
периментов. Она дала весьма ценное для классификации элементарных
частиц представление о траекториях Редже, на которые "ложатся"
частицы. Траектории Редже, как и кварки, позволяют уменьшить число
"кирпичей мироздания", так как одна траектория может охватывать
бесконечное число частиц, несмотря на то, что сама описывается лишь
двумя параметрами: наклоном и интерсептом. Сейчас имеется сильная
тенденция к сближению между реджи- стикой и квантовой теорией поля,
что проявилось, например, в создании исчисления реджевских полей,
использующего элементы лагранжева квантово-полевого подхода. Еще
