ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Вихревые нити, монополи и магнитное удержание кварков из "Труды по теоретической физике и воспоминания Том1 " Нетривиальна зависимость от температуры масс квазичастиц (рис. 4). Масса частицы Голдстоуна равна нулю на всем интервале от О до Тс, а масса второй квазичастицы пропорциональна модулю параметра порядка и монотонно падает от значения л/2д при Т = О до нуля при Т = Тс. В самой точке Тс обе массы исчезают, что и соответствует росту флуктуаций (инфракрасные особенности). При восстановлении симметрии (Т Тс) можно было бы ожидать, что квадрат масс квазичастиц будет, как и в исходном лагранжиане (13), отрицательным это, однако, привело бы к нестабильности системы (см. п. 9). И в самом деле, оказывается, что квазичастицы в рассматриваемой области приобретают обычные массы, растущие с ростом Т от нулевого значения в точке Тс. Здесь проявляется чисто тепловой вклад в массу квазичастицы, существующий независимо от спонтанного нарушения симметрии. Все сказанное можно без труда усмотреть из уравнения (17) после его усреднения с учетом флуктуационного члена. [c.191] Говоря выше об этом члене, мы полностью пренебрегли в (21) зависимостью от массы квазичастиц. Оказывается, что уже учет первого члена разложения (21) по отношению ш/Т (это сводится к фактору 1 — (3/7г)(ш/Т)) ведет к превращению фазового перехода 2-го рода в переход 1-го рода (см. п. 5). Правда, в модели Голдстоуна с малой константой связи Л соответствующая скрытая теплота перехода мала и ситуация меняется лишь в близкой окрестности Тс. Однако в модели Хиггса, к рассмотрению которой мы переходим, картина фазового перехода 1-го рода выражена тем резче, чем больше отношение двух безразмерных констант этой модели е /Л [28. [c.191] Эффект превращения фазового перехода 2-го рода в переход 1-го рода из-за влияния флуктуаций электромагнитного поля должен иметь место и в сверхпроводнике. Мы не упоминали о нем в п. 7, поскольку в эксперименте из-за своей малости он не виден, а его теоретическое предсказание было сделано совсем недавно [34] (уже после того, как подобный эффект был обнаружен А.Д. Линде в модели Хиггса). [c.192] Закончив на этом рассмотрение температурных воздействий, перейдем к воздействию со стороны внешнего магнитного поля. В модели Хиггса, как и в сверхпроводнике, такое поле уменьшает величину параметра порядка, ведя в конце концов к полному восстановлению симметрии. Обсуждая этот вопрос в п. 7, мы опирались па аргументы, связанные с неоднородной конфигурацией поля, которые к рассматриваемому сейчас бесконечному вакууму прямо не применимы. Поэтому мы дадим прямое доказательство того, что при достаточно больших полях Н параметр порядка должен исчезнуть. Рассмотрим с этой целью усредненное по вакууму уравнение (20 ) в статическом пределе и при д = 0. Наша цель состоит в демонстрации факта, что величина Ф исчезает уже при конечном значении поля. Этой постановке задачи соответствует уравнение [(V — геА) +/2 ]Ф = о, которое аналогично уравнению Шредингера для осциллятора и не имеет нетривиальных решений, начиная со значения поля // = /i /e (см. [11] )). [c.192] Необходимо подчеркнуть, что сказанное прямо относится лишь к простейшей модели Хиггса с лагранжианом (18). В реалистических моделях единой теории частиц в соответствующий лагранжиан входит целый мультинлет векторных полей, причем со скалярными частицами прямо взаимодействуют лишь массивные поля, а не истинное электромагнитное поле именно по этой причине масса фотона остается, как это и требуется, равной нулю. Поэтому все сказанное выше относится к воздействию на вакуум не истинного магнитного, а квазимагнитпого поля, отвечающего массивным векторным частицам (которые, впрочем, перестают быть массивными после восстановления симметрии). [c.192] Сказанное заставляет задуматься, нет ли аналогичного эффекта в сверхпроводимости. Дело в том, что нам неизвестно ни одно прямое воздействие па сверхпроводящий параметр порядка (оно должно было бы иметь вид Уфф в гамильтониане (см. (9)) и позволило бы усилить степень нарушения симметрии). Поэтому положительный ответ на поставленный вопрос открыл бы новые возможности в важной и трудной проблеме радикального повышения критической температуры сверхпроводящего перехода (см. [38]). [c.193] Картина вихревых нитей была использована также Намбу [41], предложившим особый магнитный механизм удержания кварков, который препятствовал бы их появлению в свободном состоянии. Рассмотрим, например, мезон, состоящий из кварка и антикварка, связанных между собой вихревой нитью. Как уже говорилось выше, ее энергия, а следовательно, и энергия взаимодействия кварка и антикварка, пропорциональна длине нити, т. е. расстоянию между этими частицами. А это и означает энергетическую невозможность появления кварков поодиночке (потенциальная яма с линейно растущими стенками). Более сложным оказывается механизм удержания тройки кварков внутри бариона, однако и это оказывается возможным (см. [42]). [c.194] Важно отметить, что вихревая нить несет магнитный поток и похожа в этом смысле па магнитную силовую линию. Поэтому изложенный механизм удержания кварков требует, чтобы кварк обладал магнитным зарядом (был монополем Дирака, см. [43]). При этом вихревая пить, упирающаяся одним своим концом в монополь, может рассматриваться как физическая реализация нитевидного хвоста мопополя, который возникал как некоторая линейная особенность решения Дирака и причинил много хлопот теоретикам ). [c.194] В заключение этого пункта поставим вопрос о том, какова судьба сильно взаимодействующей частицы, составленной из удерживаемых с помощью магнитного механизма кварков, при достаточно сильном повышении температуры. Интуитивно ясно, что при этом должна произойти диссоциация, развал частицы па составляющие ее кварки, как это происходит, например, при диссоциации молекулы в горячем газе. В самом деле, как и в сверхпроводнике (см. п. 7), при повышении температуры происходит разбухание вихревой нити и в самой точке нить как таковая полностью прекращает свое существование. При этом линейный закон притяжения, не допускающий возможности диссоциации, сменяется обычным кулоновским законом притяжения, характерным для взаимодействия двух мопонолей противоположного знака магнитного заряда. А при таком законе уже ничто не может воспрепятствовать развалу па кварки. Важно подчеркнуть, что сказанное, по-видимому, специфично для магнитного механизма, основанного в конечном счете на спонтанном нарушении симметрии. Поэтому не исключено, что прояснению вопроса о механизме удержания кварков помогут данные по соударению при высоких энергиях, космологические данные и т. п. [c.194] Возродившийся кваптовонолевой подход привел к впечатляющим успехам в целом ряде направлений теории элементарных частиц (выше мы смогли коснуться лишь одного из них). Еще больше этот подход обещает в будущем. Поэтому напрашивается вывод, что в теории элементарных частиц вновь начинается более или менее длительный этап господства идей и методов квантовой теории поля. [c.195] Конечно, затронутая выше история возрождения почти похороненной квантовой теории поля наглядно показывает, насколько рискованно делать прогнозы, экстраполируя па будущее нынешние тенденции развития науки. С этой существенной оговоркой ближайшее будущее теории элементарных частиц представляется следующим. [c.195] Генеральной линией развития теории будет стремление создать единую теорию всех частиц и их взаимодействия, включая тяготение. Скорее всего, при этом будут существенно использованы идеи теории суперсимметрий (объединение ферми- и бозе-частиц в единый мультинлет, см. [46]), представляющей собой дальнейший шаг на пути к единой теории и уже давшей яркие примеры взаимной компенсации трудностей, присущих теориям отдельных типов частиц. [c.195] Теория будет основываться на относительно простых и наглядных теоретико-но-левых моделях (типа квантовой хромодинамики см. п. 8), переход от которых к наблюдаемым величинам будет осуществляться с помощью общепринятой в теоретической физике методики. На этом пути не только не видно необходимости радикальной ломки фундаментальных представлений или способов описания, но, более того, можно ожидать, что еще больше пойдут в ход старые, испытанные идеи, заимствованные из макроскопической физики. Короче говоря, должны возобладать тенденции к дальнейшему сближению теории элементарных частиц с другими разделами теоретической физики. [c.195] Если эти ожидания оправдаются, то мы еще раз убедимся в единстве физической картины мира, в том, что оп построен в общем по типовому принципу (если не из типовых деталей, то по крайней мере по типовым проектам). С другой стороны, это будет означать некоторую дегероизацию теории элементарных частиц, которая, оставаясь передним краем теоретической физики, займет на какое-то время почетное, но не исключительное место первой среди равных в числе других разделов теоретической физики. [c.195] Подтвердятся ли эти ожидания или же физика элементарных частиц еще раньше столкнется с новыми фундаментальными закономерностями, может показать только будущее. [c.195] Вернуться к основной статье