Вихман Э. Квантовая физика (1185110), страница 94

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 94)

е р намики, оказывается неприменимым. Причиной успехов электродинамики несомненно является малость постоянной якой структуры, т. е. слабость электромагнитных взаимодействий, Силь ные взаимодействия чрезвычайно сильны. Это оостоятельство не позволяет найти решение преЛложенных уравнений поля а не имея таких решений, нельзя суЛить о пригодпост' самих уравнений. Скорее всего они не гоЛятся. Сушествуют бесконечные возможности выбора уравнений, и в прошлом единственным руководящим принципом был «принцип простоты». Лишь лля квантовой электродинамики путеводной нитью новой теории бьь а к»ассическая аналогия заряженных частиц, взаимодействующих . электромагнитным полем. 45. В настоящее время математические трулност.

»зорки непреодолимы и нельзя получить решение уравнений поля, гредложенных для описания сильных взаимодействий. Такая ситуация при вела к некоторому разочарованию в самих теориях по-я как таковых. Раздались голоса, требовавп.ие отказаться ог дальнейших попыток в этом направлении. Против квантовой теории поля могут быть выдвпиузы еще более веские возражения эпистемологического характсра.."«ожио ска зать, что основн«яе принципы теории ставятся под са.«:сине на том основании, что пе имеют непосредственного «опералпонального» значения (орегаВопа1 зшш111саг1се). Например, неясно. как могут быть измерены, хотя бы в принципе, сами поля. Лишь з отдельных специальных случаях эта проблема получила сколько-нибудь удовлетворительное решение. Возникает также вопрос: к ак ведут себя поля в очень малых областях пространства, с линейнычп размерами порядка, скажем, 10 "' см? Как и какими «приоорами» можно измерить поля в таких областях? Удавалось ли кому-нибудь измерить (в любом значении этого слова) расстояния, меньшие 1О "см? Все эти возражения и вопросы действительно серьезны.

Но против них следует, однако, заметить, что нет необходимости, чтобы каждое понятие теории имело непосредственный операциональный смысл. Хотя трудно представить себе, как можно «измерить» расстояния порядка 10 "' см, однако можно сохранить гространственно-временные координаты для описания «ареныгч на которой происходят физические явления. С другой стороны, не исключено, что будущая успешная теория взаимодействия элементарных частиц связана с отказом от некоторых из наших представлений о пространстве и времени. Квантовые теории поля дают детальное описание происходящего в любой точке пространства в любой момент времени.

Вполне возможно, что это слишком большое требование и такое описание немыслимо в принципе. 46, Подобные соображения привели Вернера Гейзенберга в 1943 г. к новой теории взаимодействия частиц, названной теорией 5-матрицы. В этой теории, которую мы не станем здесь обсуждать, Гейзенберг попытался рассмотреть лишь понятия, которые имеют ясный операциональный смысл. Он следовал, таким образом, тем 377 же идеям, которые в 1925 г. привели его к созданию матричной механики. Можно сказать, что теория 5-матрицы имеет дело лишь с резрльиишол процессов столкновения, а не с детальной последовательностью явлений, происходящих в течение самого процесса.

До снх пор, однако, не удалось создать удовлетворительной теории. В настоящее время не существует фунда,иенглальной теории сильных взаимодействий. Было сделано много попыток создания такой теории, но результаты не кажутся очень убедительными. Возможно, будущей теорией будет полевая теория или теория, подобная теории Я-матрицы, а может быть, и совершенно новая теория, которую, возможно, удастся создать кому-нибудь из читателей этой книги. Пионы и ядерные силы 47. Совершенно очевидно, что в этой книге мы ие в состоянии обсуждать детали квантовой теории поля. Для этого нужно владеть весьма сложным математическим аппаратом.

С другой стороны, мы уже убедились, что основные идеи такой теории просты. Поежде чем оставить эти проблемы, рассмотрим задачу, которую первым успешно решил Хидеки Юкава в 1934 г. Вопрос заключается в том, существуют ли частицы, связанные с ядерными силами. Иными словами, это вопрос о существовании квантов поля ядерных снл, Если такие кванты существуют, то каковы их свойства? Можно ли их наблюдать экспериментально? Известно, что с электромагнитными силамп, действуюцими между заряженными частицами, связана частица, а именно фотон. Известно также, что силы, связываю.цне иуклоны в ядро, не электромагнитного происхождения. Они гораздо сильнее электромагнитных сил и, кроме того, отличаются от них очень малым радиусом действия, На расстояниях, превышающих 10 "'см, ядерные силы очень быстро спадают до нуля н при расстояниях, больших 1О " см, не имеют уже никакого практического значения.

Приняв идеи квантовой теории поля, следует ожидать, что поле ядерных сил может проявить себя тоже в виде свободно распространяющихся волн, и нас интересует вопрос о соответствующих частицах. Подобно тому, как при столкновениях заряженных частиц испускаюгся фотоны, можно ожидать, что и при достаточно сильном столкновении двух нуклонов будут испущены кванты ядерного поля сил. 48. с1нтатель, вероятно, слышал, что такие частицы существуют и что они называются пиоиами. В 1934 г. о существовании мезонов никто не подозревал и предположение Юкавы было поистине пророческим. Ему были известны лишь два замечательных свойства ядерных сил — их большая величина и малый радиус действия, и он поставил перед собой приведенные выше вопросы. Зная своиства ядерных сил, он не только смог предсказать существование соответствующих квантов, но и указал, что их масса должна быть приблизительно в 200 раз больше массы электрона, В этой работе он, несомненно, руководствовался аналогией с электромагнитным взаимодействием.

378 Экспериментальное подтверждение существования мезонов К)кавы имеет сложную п драматическую историю. Примерно к 1937 г. в космическом излучении были открыты частицы с массой, близкой к 200 массам электрона, Естественно, пх сочли тождественными с мезонамп Юкавы. Дальнейшие исследования показали, однако, что эти частицы (теперь они известны под названием .тоонов, пли лсю-.иезонов) очень слабо взаимодействуют с веществом (т. е.

с ядршш) и поэтому не могут быть астсщами, ответственными за большие я;!ерные силы. Загадка гыла решена лишь в 1947 г., главным образом бла.одаря работам Поуэлла и его сотрудников, которые обнаружили в составе космического излучения такие частицы "). Это были пионы. Их масса близка к 270 электронньцс массам, онп сильно взаимодействуют с ядрами и, без сомнения, должны быть отождествлены с квацтамп Юкавы.

К 1943 г. развитие методов ускорения частиц открыло возьюжпссти получения пионов в больппсх количествах при пуклои-нуклонных столкновениях высоких энергий. С этого времени началось интенсивное исслеуование их свойств. В настоящее время мы знаем, что пионы играют существенную роль во всех явлениях, связанных с сильными взаимодействиями. 49. Попытаемся теперь «повторитьз открытие К)каны '" ).

Будем рассматривать силы, действующие между двумя нуклонамп, по аналогии с электростатическими силами между двумя стационарными заряженными частипами и постараемся решить нашу задачу на основе предполагаемой аналогии. Следует понимать, что эта аналогия далеко не совершенна. Тем не менее оиа приводит к правильному фундаментальному соотношени!о между массой пиона и свойствами сил, действующих между двумя нуклонами. Будем рассуждать следующим образом. Уравнения Максвелла дают описание свободно распространяющихся элесссромагнитных волн в отсутствие источников. Те же самые уравнения описывшот и электростатическое поле стационарного точечного заряда, а тем самым ц потенциальную энергию взаимодействия двух таких зарядов.

Действительно, электростатический потенциал, созданный одним из таких зарядов, удовлетворяет волновому уравнению всюду вне заряда, и это решение волнового уравнения ооладает свойством еферичеессой симметрии и не зависит от времени. Предположим, что мы имеем волновое уравнение для свободно распространяющихся мезонов и хотим найти для него сферически симметричное и не зависящее от времени решение. Будем надеяться, что это решение даст нам потенциал поля ядерных сил, созданный одиночным нуклоном. Обозначим его через 1« (г). Энергия взаимодействия двух нуклонов, находящихся на расстоянии г, должна быть пРопорциональна «) !оиеь С.

Характеристики

Список файлов книги