ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Квантовые поля и виртуальные частицы из "Введение в экспериментальную физику частиц Изд2 " Электромагнитное взаимодействие на квантовом уровне состоит в обмене фотонами. О том, как следует понимать такой обмен, будет кратко рассказано в 3.5. [c.79] Сильное взаимодействие — это в своей основе взаимодействие между кварками, осуществляемое путем обмена глюонами. [c.79] Глюоны — безмассовые частицы со спипом 1, играющие в сильном взаимодействии роль, сходную (но не тождественную ) с ролью фотонов в электромагнитном взаимодействии. О глюонах и кварк-глюонных взаимодействиях будет рассказано в 7.3. [c.79] О них будет рассказано в гл. 10. [c.80] Таким образом, на сегодняшнем уровне понимания элементарными частицами являются кварки, лептоны и калибровочные бозоны. Существуют ли еще более элементарные сущности, составляющие материю По этому поводу имеется ряд гипотез (см. 14.1), и выяснить этот вопрос предстоит исследователям XXI в. [c.80] Гравитационное взаимодействие, по-видимому, тоже обменного характера, но его гипотетические переносчики, гравитоны, должны иметь сини 2. [c.80] Квантовая теория гравитации еще не создана, а экспериментальный поиск гравитонов — дело далекого будущего. [c.80] Создание квантовой теории — величайшее достижение науки XX в. [c.80] Сначала, в первой четверти века, была создана квантовая механика, которая ввела принципиально новые представления, понятия и методы. Это была, безусловно, революция в науке. На основе квантовой механики построена модель атома и объяснено множество самых различных явлений, начиная от процессов в атомах и атомных ядрах и кончая макроскопическими эффектами в твердых телах (ферромагнетизм, сверхпроводимость и т.д.). Однако квантовая механика рассматривала только системы с неизменным числом частиц и не охватывала даже простейшие электромагнитные процессы, например, излучение и поглощение атомами света. [c.80] В конце 20-х годов начала разрабатываться квантовая теория излучения, выросшая затем в квантовую электродинамику (КЭД) — последовательную теорию электромагнитных процессов, взаимодействия электрических зарядов и электромагнитного поля. [c.80] Одпако развитие физики частиц показало, что наряду с электромагнитными существуют также другие взаимодействия и ноля. Для их общего описания была создана квантовая теория ноля, использующая и обобщающая методы, впервые разработанные в КЭД. [c.80] Квантовая теория поля — релятивистская теория (в отличие от квантовой механики, рассматривавшей только движение частиц со скоростями, много меньшими скорости света). [c.80] После появления кварковой модели стала необходимой квантовая теория кварк-глюонных взаимодействий. В конце 70-х годов возникла такая теория, названная квантовой хромодинамикой (КХД). КХД — важнейший раздел квантовой теории поля. [c.81] Хорошо известно выработанное в классической физике понятие поля (например электромагнитного). В квантовой теории все поля, осуществляющие взаимодействия частиц, кваптоваппы и взаимодействие состоит в обмене квантами поля. В частности, квантами электромагнитного ноля являются фотоны, обмен которыми между заряженными частицами обуславливает это поле. С классической точки зрения такой процесс должен нарушать закон сохранения энергии или импульса и потому невозможен (свободная частица, па которую пе действуют внешние силы, не может ни испустить, ни поглотить другую частицу). Однако с точки зрения квантовых представлений никакого криминала в таком процессе нет и он не только возможен, но занимает центральное место в квантовой теории ноля. [c.81] Таким образом, квантовая теория поля рассматривает процессы взаимодействия между физическими частицами как обмен частицами виртуальными (квантами соответствующего поля). [c.81] Например, взаимодействие между двумя электронами описывается как испускание виртуального фотона одним электроном и поглощение его другим. [c.81] В то же время при определенных условиях в результате взаимодействия испускаются уже не виртуальные, а реальные частицы того же типа (например, движущийся в электромагнитном ноле электрон может испустить фотон тормозного излучения). [c.81] Примеры диаграмм Фейнмана приведены на рис. 3.1 и 3.2. На рис. 3.1, а представлено рассеяние электрона на электроне. Прямые линии изображают движение электронов (стрела времени направлена слева направо), волнистая — виртуальный фотон. Точки, соответствующие испусканию и поглощению фотопа, называются вершинами. Линии на диаграммах, один из концов которых свободен (внешние линии), соответствуют свободным частицам, сталкивающимся или вылетающим. [c.82] соединяющие две вершины (внутренние линии), соответствуют виртуальным частицам, осуществляющим взаимодействие. [c.82] На рис. 3.1, б приведена диаграмма рассеяния нейтрино на электроне. Это процесс слабого взаимодействия, и обмениваемой виртуальной частицей является промежуточный векторный бозон. [c.82] Вернуться к основной статье