okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В настоящее время проводятся новые, более точные измерения модуля и появились два предложения об измерении фазы с точностью до ~1' в ЦЕРН и в ФНАЛ. 133 Роль каонов в физике элементарных частиц уникальна. Тридцать лет назад именно их распады заставили поставить вопрос о нарушении Р- и С-симметрий; в 1964 г. они проявили нарушение СР-симметрии. Еще через несколько лет малая разность масс долгоживущих и короткоживущих нейтральных каонов привела теоретиков к мысли, что эта малость обусловлена чармом, и позволила предсказать, что масса с-кварка близка к величине 1 ГэВ. Кстати, знаменитая квадратная диаграмма (рис.
1), описывающая К'е~К'-переходы (К'=гЬ+-хгЪ=~к), до этого года являлась единственной диаграммой 'второго порядка гг и,с,г с иг иг а йсг й с исг Ь Рис. 11. Квадратная диаграм ма, описывающая Ьхе-мЬ-пере ходы Рис. 1. Квадратная диаграм ма, описывающая оа<-еао-пере ходы 134 по слабому взаимодействию, которая наверняка имеет отношение к реально наблюдавшимся явлениям. Реальная часть этой диаграммы ответственна за разность масс К!- и Кт-мезонов, мнимая часть — за СР-запрещенный переход К,'е~Ке.
Я уверен, что дальнейшие опыты с каонами, особенно поиски и количественное изучение их редких распадов, еще дадут возможность прикоснуться к самым глубоким проблемам физики элементарных частиц. Между тем новое семейство мезонов, по-видимому, начало приносить сведения о слабых взаимодействиях. Я имею здесь в виду В-мезоны или сокращенно — беоны.
Переходы В,'=Ьзе~зй=Ва, описываются квадратной диаграммой рис. И, которая аналогична диаграмме рис. 1. Во+~Во-переходы чувствительны к возможному вкладу 1-кварка и кварка четвертого поколения г'. Недавно коллаборация 13А! сообщила о наблюдении примерно двухсот событий днмюонов одного знака. Естественным объяснением этих событий является процесс сильного рождения пар В,'В', с последующими переходами в вакууме В',+-+В,' и полулептонными распадами В;мезонов: или Имеются интересные предложения по рождению энергичными гиперонами медленных В,'.-мезонов и наблюдению осцилляций и СР-нечетных эффектов и распадах последних. Правдоподобно, что нейтральные В-мезоны будут следующими после К'-мезонов частицами, в распадах которых будет измерено нарушение СР-инвариантности.
Нелептонные распады очарованных адронов оказались твердым орешком для теоретиков, которые вначале ожи. дали, что тяжелый с-кварк будет распадаться, ие обращая внимания на то, какие легкие кварки находятся рядом с ним. Но та- Ф кая картина оказалась слишком простой. На опыте время жизни Р'-мезона оказалось примерно вдвое короче времени жизни О--мезона, а Р;мезон и д;гиперон распадаются еще быстрее. Постфактум теоретики пока- модейстаие залп, что взаимодействия с соседними лег- ~-кварка с кими кварками качественно объясняют эти и - аваркам, отклонения от наивных ожиданий, но для да "~абае количественных предсказаний необходимо более полное понимание сильных взаимодействий (одной диаграммы рис.
П! недостаточно). Так мы подошли к нашей следующей теме — сильным взаимодействиям кварков, Но прежде чем приступить к ней, сделаем естественный вывод из предыдущего обзора слабых взаимодействий: для решения целого ряда важных вопросов слабых взаимодействий нам нужны сильноточные ускорители — фабрики странности, чарма и красоты! Ситуация с сильными взаимодействиями необычна.
Вот уже более десятилетия мы убеждены в том, что знаем самое главное в них — лагранжиан квантовой хромодинамики (КХД). В этом смысле сильные взаимодействия не уступают электромагнитным. Но аппарат теории возмущений, который доведен до совершенства в КЭД и позволяет делать экспериментально проверяемые предсказания с величайшей точностью (в некоторых случаях до девяти значащих цифр), в случае КХД работает лишь на малых расстояниях, да и то с точностью порядка десяти процентов.
В то же время нет нн одного процесса с участием адронов, в котором большие расстояния не играли бы роли. (С теоретической точки зрения принципиальным отличием КХД от КЭД является не только различие величин 1зз констант связи, но и сильное прямое глкюн-глюонное взаимодействие, в то время как прямого фотон-фотонного взаимодействия нет.) Попытки учесть вклад больших расстояний очень разнообразны, часто остроумны, реже изощренны, еще реже надежны и, если речь не идет о высокой точности, почти всегда успешны (я чуть не сказал: <к сожалению»).
В целом картина современной КХД напоминает красочный восточный базар. Сравнительно надежно выглядит теория жестких (глубоко неупругих) инклюзивных или полуинклюзивных процессов, в частности кварковых и глюонных струй, в которых, если не гнаться за высокой точностью, можно считать, что фрагментация жестких кварков и глюонов в адроны не меняет вероятности процесса, определяемой вкладом малых расстояний. Если обратиться к вычислению статических свойств адронов и, в частности, их масс, ширин распада, магнитных моментов, то тут наиболее успешными и последовательными с теоретической точки зрения были до сих пор квантовохромодинамические правила сумм, в которых мостиком между малыми и большими расстояниями служат дисперсионные соотношения.
Очень существенными при этом подходе оказываются так называемые кварковые и глюонные вакуумные конденсаты, имеющие непертурбативную природу, т. е. не описываемые теорией возмущений. Зти конденсаты представляют собой вакуумные средние значения кварковых и глкюнных полей, простейшие из которых билинейны по этим полям: (дд), (66) и т. д. Используя в качестве параметров значения этих конденсатов, удаегся описать очень широкий круг экспериментальных данных, относящихся как к адропам, содержащим тяжелые кварки, так и к адронам, состоящим лишь из легких кварков, а также не содержащим кварков вообще, так называемым глюболам. Наряду с квантовохромодинамическими правилами сумм, очень успешно описывакл экспериментальные данные более наивные упрощенные модели, не имеющие под собой столь твердой теоретической базы: потенциальные модели тяжелых кваркониев, модель нерелятивистских кварков, различные модификации модели мешков, модель струн.
Сам факт сосуществования этих моделей с квантовой хромодинамикой является свидетельством незрелости последней как количественной теории. Неразвитость вычислительного аппарата КХД особенно проявляется, когда 136 речь идет, например, о невозможности теоретически исключить существование такого экзотического объекта, как странная кварковая материя, теоретические спекуляции о существоваяин которой базируются на модели мешков. Особо я хотел бы остановиться на так называемых компьютерных экспериментах: КХД-расчетах, в которых пространственно-временной континуум заменяется четырехмерной решеткой. В последних расчетах число узлов решетки превышает 10', а шаг решетки порядка 1О м см. Компьютерные расчеты проводились, в частности, в рамках квантовой глюодинамики (т.
е. КХД без кварков) для оценки ожидаемых масс глюболов. Проводятся также расчеты и с учетом кварков, в частности вычисления слабых нелептонпых амплитуд. Наибольший интерес вызвали компьютерные исследования КХД при высоких значениях плотности и температуры. Эти исследования подтверждают теоретические ожидания, согласно которым при температуре порядка 200 МэВ ядерное вещество должно перейти в состояние так называемой кварк-глюонной плазмы.
Пока не совсем ясно, насколько яркими будут сигналы, указывающие на то, что такой фазовый переход действительно происходит (например, избыток прямых фотонов и странных частиц). В качестве первого шага для поисков кварк-глюонной плазмы на суперсинхротроне ЦЕРН начинается эксперимент по бомбардировке неподвижной мишени высоко- энергичным пучком ионов кислорода. Экспериментальные перспективы исследования сильных взаимодействий чрезвычайно благоприятны, С точки зрения квантовой хромодинамики большой интерес представляют опыты самого различного уровня трудности в очень широком интервале энергий: от очень низких до предельно высоких.
Это означает, что ценную информацию можно будет получить не только на будущих суперускорителях, но и на существующих обычных машинах. И даже на машинах, которые уже не существуют. Последнее замечание вызвано прекрасными измерениями масс н ширин двух уровней чармония Х, и у,, которые резонансно рождались в рр-аннигиляции на ныне демонтированном коллайдере 1ЯК.
Препринт, содержащий результаты обработки этого эксперямента, появился в апреле 1986 г. Это, как вспышка света от давно погасшей звезды. Мы обсудили лептоны и кварки и переходим сейчас к векторным бозонам. Мы о них уже немного говорили, 137 обсуждая электрослабую теорию и сильные взаимодействия. С пуском СЛК и ЛЭП мы получим уникальные фабрики по производству х,-бозонов, которые позволят количественно проверить многие аспекты электрослабой теории. Но уже сегодня надо смотреть в более далекое будущее: ведь самым интересным в калибровочных бозонах является их самодействие. Для экспериментального изучения самодействня внонов понадобятся ЛЭП2 и ВЛЭПП.
Что касается глюон-глюонного самодействия, то тут особенно интересно изучение парных глюонных струй на больших адронных коллайдерах. Несмотря на простоту и красоту неабелевых калибровочных теорий, не следует упускать из виду, что по крайней мере некоторые из них могут оказаться лишь феноменологическим описанием более глубокой физики. С этой точки зрения вионы могли бы оказаться не более фундаментальными, чем легчайшие векторные мезоны (р, ы), к которым в 60-е годы тоже пытались применять (правда, с существенно меньшим успехом) неабелеву калибровочную симметрию. Составными могут оказаться и кварки, я лептоны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
