И.М. Капитонов - Введение в физику ядра и частиц (1120452), страница 28
Текст из файла (страница 28)
За счет глюонныхдиаграмм цветовой заряд кварка, измеряемый пробным цветовым зарядом, уменьшается с приближением пробного заряда к кварку. Лиаграмму, показаняую на рис. 10.10, по этой причине называют диаграммой аипзиэкраиировки. Расчет показывает, что влияние диаграмм автиэкранировки в КХЛ преобладает над влиянием диаграмм экранировки и, сближаясь, два кварка будут «чувствовать» все более ослабленные цветовые заряды друг друга, а значит, и сила их цветового взаимодействия будет ослабевать.
В пределе очень малых расстояний кварки перестают взаимодействовать и ведут себя как свободные. В этом суть явления асимппиккической свободы в сильном взаимодействии кварков. 131 Возникновение антиэкранировки можно объяснить с помощью следующего рассуждения. Одиночнъ~й кварк (пусть он имеет красный цвет) окружен виртуакьными глюонами и д0- парами. Испуская глюоны этот кварк меняет цвет за счет процессов К -~ 3+ КЗ и К -~ С+ КС. Таким образом, цветовой заряд кварка выносится глюоном во внешнюю область. Этот глкюн далее либо поглощается кварком, либо генерирует процессы, описываемые рис. 10.9 и 10. 10 и удерживающие цветовой заряд кварка вдалн от него. Чисто глюонный процесс (рис. 10.10) вероятнее, так как глюоны, в отличие от кварков, как бы имеют двойные пветовые заряды — цвет — антицвет.
Простейшая диаграмма такого чисто глюонного процесса выглядит так: КС ряс, гонг и влияние подобных диаграмм преобладает над влиянием диаграмм экранировки (рис. 10.12). р . галя Глюоны «размазывают» (расщепляют) цветовой заряд кварка по окружающей его области пространства так, что цветовой заряд, содержащийся в лгобой сфере, окружающей кварк, уменьшается с уменьшением радиуса сферы (рис.
10.13). Пробный цветовой заряд, проникая вглубь облака размазанного цветового заряда кварка (точки на рис. 10.13), достигает сферы все меньшего радиуса, содержащей все меньший цветовой заряд внутри, и поэтому сила цветового взаимодействия уменьшается с приближением пробного заряда к кварку (цветовые заряды вне достигнутой сферы не оказывают никакого влияния на взаимодействие внутри сферы). Лекцию 10 182 Обратной стороной асимптотической свободы является рост силы притяжения двух кварков с увеяззчением расстояния между ними, приводящий к невылетаиию кварков из адронов.
Это явление называют пленением или каэнфабэаиекэаом (сопйпешеаС) кварков. рииоеэенныа цииоеой заряд нее|им пробный нзи 0 Л Рис. 10.13. Аэсэиэираиироаиа ииээоаого эарэиа Уменьшение силы межкваркового взаимодействия с умею шепнем расстояния между кварками эквивалентно уменьшению константы сильного взаимодействия сэ, с увеличением энергии кваркон. Приведенное в табл. 8.2 значение сз, = 1 отвечает энергии кварков иэ 100 МэВ. При росте энергии кварков до 100 ГэВ сэ, уменьшается почти в 10 раз (а, = 0.12). При такюс значениях сэ, уже можно использовать теорию возмущений, пренебрегая вкладом многоузловых диаграмм, Именно асимптотическая свобода делает КХ теорией, пригодной для количественных вычислений. В заключение раздела отметим, что КХП вЂ” это теория неабеиеемв калибровочных полей (теорию таких полей впервые разработали Янг и Миллс в 1964г.).
Неабелево поле несет в себе заряд того источника, которым оио создается, Так, глюоны несут пветовой заряд; Асимптотвческвя свобода — важное свойство веабелевых калибровочных полей. К неабелевым полям относятся также поля, создаваемые слабымн и гравитапионны- 183 мн силами. В отличие от сильного, слабого и гравитационного полей электромагнитное поле является абеяевьмс, т.е. не несет в себе заряда того нсточннка, которым оно генерируется (в данном случае, электрического заряда).
6. Внутри протона Попытаемся, основываясь на изложен- е е ном материале и, следуя Перкннсу (14; 17], «заглянуть» внутрь протона. То, что мы увн- 7 с днм, зависит от пространственного разрешення наблюдательного прибора. Роль такого лрнбора выполняет довольно сложная Р и громоздкая установка, основными элемен- Ря . 1ола тами которой являются, например, ускорнтель электронов и система детекторов электронов, рассеянных мишенью, состоящей нз протонов (водород).
Приведенные ннже картннкн внутреннего строення протона, полученные в опытах с разным энергетнческнм разрешением, не следует поннмать слишком буквально, поскольку любые нзображення субъядерных объектов весьма условны в силу квантовых эффектов. Пусть мы исследуем протон, рассеивал на нем электроны. Соответствующая диаграмма Фейнмана показана на рнс. 10.14. Рис. 10.15 б Энергетическое разрешение опыта определяется длиной волны виртуального фотона Л = И(д (д — импульс виртуального фотона, т.е. переданный протону импульс), Если научать рассеянне электронов с энергней ш 200 МэВ на большне углы (блнзкне к 180'), то длнна волны внртуального фотона будет ш 3 Фм н протон будет «освещаться» длннноволновым фотонным лучом (рнс.
10.15, а). Поскольку длнна волны фотона больше размера 184 Лекння 10 протона, последний будет казаться точечвыьг бесструктурным объектом. Рассеяние электрона на таком объекте будет упругим (без изменения внутреннего состояния протона). Если увеличить переданный протону импульс 0, то это будет соответствовать уменьшению длины волны виртуального фотона н повышению разрешающей способности опыта (рис.10.15,6). Если довести разрешение (Л) до 0.1 размеров протона (0.1Фм), то коротковолновым фотонным лучом будут «освещазъся» отдельные составляющие протона — кварки и глюоны. Будет «видно», что протон состоит из трех кварков (в дальнейшем называемых еаяенптнмми), между которыми «проскакивают» глюоны.
Будет видно> как иногда глкюн рождает виртуальную кварк-антикварковую пару. Наблюдаемая картина условно представлена рис. 10.16, а. ° — эепентныа верн СŠ— шарк-ентнэеересеея пара Ряс. 10.10. Воя протаяв пря реэрешкшн 0.1 (а) н 0,01 Фн (0) Если еще на порядок повысить разрешение, доведя его до 0.01Фм (это соответствует эвергвям современных ускорителей), то мы обнаружим внутри протона значительно более сложную картину (рис. 10.16, б).
Вместо несколъких кварков н глюовов (рнс.10.16,а) внутри протона будет множество кваркантнкварковых пар и еще большев количество глюоиов. В этом «море» виртуальных частиц почти ве видны три валентных кварка в, и, И. Виртуальные кварки, образующие 00-пары, тах и называют морскими к«арками, 185 Итак, в состав протона (и вообще любого адроиа) входят: 1) валентные кварки; 2) морские хварки; 3) глюоны.
Эти элементарные бесструктурные составляющие адрона объединяют, вслед за Фейиманом, общим термином парщоны (от англ. раг1). При рассеянии электрона (или другого лептона) на кукло. не (или другом адроне) электрон, в случае высокого энергетического разрешения, взаимодействует с нуклоном уже не как с целым бесструктурвым объектом, а с его элементарными составлюощими — партонами.
Переданный нуклону импульс д воспринимается отдельным партоном и внутреннее состояние нуклона меняется — он переходит в возбужденное состояние. Такое рассеяние (являясь упругим на отдельном партоне) уже не является упругим на нуклоне в целом и носит название глубоком«упругого рассеяния, поскольку отвечает передаче больших энергий внутрь нуклона. Эксперименты по глубоконеупругому рассеянию электронов на протонах позволили установить долю импульса (массы) протона, которую несут кварки и глюоны. Так, оказалось, что доли импульса протона, приходящиеся на е кварки (и аитикварки), Н-кварки (и антикваркн) и глюоны, следующие: еи = 0.36з ея = 0,18~ ед = 0 46~ (10.28) причем на долю антикварков приходится около 5% полного импущ'са (массы) протона (этн данные получены для д в 3 Г»В/с). Таким образом, около 50% массы нуклона приходится на глюоны. Коснемся вопроса о массах кварков, приведенных в табл.
9.5. Этот вопрос требует уточнения, так как кварки ие существуют в свободном изолированном состоянии. Массы, указанные в табл.9.5, относятся к «голым» кваркам и не включают энергию глюонного поля, окружающего кварк. Наряду с этим часто приводят массы кварков как составных частнц адронов — так называемых ионсозипзуеюавмэ кварков, В этом случае в массу кварка включается «вес шубы» из глюонов и морских кварков, в которую одет валедтный кварк. Очевидно, масса конституентного кварка больше массы «голого» кварка.
Оценка конституентной массы и- и «-кларков получается делением массы нуклона на три, что приводит к гл„сз ы гпясэ в 300 МэВ. щз зю 186 Дскчия 11 Лекция 11 1. 0|нсук|ссаеис кеаркое е сеободноес соси|сании '3. Зкснсриессн|ан, нодтаесрлсдаи||аие наеииие кеарное е адронаа: — асубоконеунруеое рассеение еаенеароное нукаонани; — с|эрри адроное; — нрояеесние иессаа кеорнее е е е+-анниеиаяиии 'Ю. тяснсеые кеарки — с, 6, с Посре формулвровки кварковой модели некоторое время многве полагали, что эта модень — лишь удобный и изящный способ классификации адронов. Но возрастающее число фактов указывало на то, что кварковая модель отражает реальную ситуацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
