КЭД Странная теория света и вещества - Феинман Р.
ISBN 5-02-013883-5
Скачать (прямая ссылка):
Это правило создает, однако, интересную возможность: глюоны могут взаимодействовать с другими глюонами (см. рис. 84). Например, зелено-антисиний глюон, встретившись с красно-антизеленым, превращается в красно-антисиний глюон. Глюонная теория очень проста — вы рисуете диаграмму и расставляете «цвета». Величины взаимодействий во всех диаграммах определяются глюонной константой связи g.
Формально глюонная теория не сильно отличается от квантовой электродинамики. Ну а как она соотносится с зі-стериментом? Например, как наблюдаемая величина магнитного момента протона соотносится с теоретической?
Эксперименты очень точны — они показывают, что магнитный момент равен 2,79275. Теория же дает в лучшем случаэ 2,7±0,3 — если вы достаточно оптимистично оцениваете точность своих расчетов. То есть погрешность равна 10 %, что в 10 ООО раз ниже точности эксперимента! У нас имеется простая, четкая теория, которая должна объяснять все свойства протонов и нейтронов, но мы не можем ничего посчитать при помощи этой теории, потому что математика слишком сложна для нас. (Вы можете догадаться, над чем я работаю, но у меня ничего не получается.) Причина, по которой мы ничего не можем посчитать с приличной точностью, заключается в том, что константа связи для глюонов g значительно превосходит константу связи для электронов. Диаграммы с двумя, четырьмя и даже шестью взаимодействиями не просто маленькие поправки к основной амплитуде — они вносят существенный вклад, которым нельзя пренебречь. Поэтому получается так много стрелок для различных вариантов, что
121
мы не можем упорядочить их разумным образом и найти, чему равна результирующая стрелка.
В книгах говорится, что наука проста: вы строите теорию, сравниваете ее с экспериментом, и если теория не работает, вы ее отбрасываете и строите новую теорию. Здесь у нас есть четкая теория и сотни экспериментов, но мы не можем их сравнить! В истории физики такого положения еще не бывало. Мы временно оказались взаперти, и не можем выбраться, пока не придумаем метод вычисления. Нас «завалило» всеми этими стрелочками, как снежным сугробом.
Несмотря на сложности вычислений, мы качественно понимаем многое в квантовой хромодикамике (науке о сильных взаимодействиях кварков и глюонов). Наблюдаемые нами объекты, состоящие из кварков, «бесцветны»: группы из трех кварков содержат по одному кварку каждого «цвета», а кварк-антикварковые пары имеют одинаковую амплитуду быть красно-антикрасными, зелено-антизелеными или сине-антисиними. Мы также понимаем, почему
Нейтрино Электрон
Рис 85. Когда нейтрон превращается в протон (этот процесс называется бета-распадом), единственное, что изменяется — это «аромат> одного из кварков, d-кварк превращается в u-кварк, что сопровождается вылетом электрона и антинейтч рнно. Такой процесс происходит довольно медленно, поэтому предположили, что существует промежуточная частица (названная промежуточным W-бозоном) о очень большой массой (порядка 80 ООО МэВ) н зарядом —1
кварки никогда не образуются по отдельности — почему мы видим (какой бы ни была энергия протона, ударяющегося о ядро), что вылетают не отдельные кварки, а струи мезонов и барионов (кварк-антикварковых пар и групп из трех кварков).
122
Квантовая хромодинамика и квантовая электродинамика — это еще не вся физика. Согласно этим теориям кварк не может изменить «аромат»: «-кварк всегда остается «-кварком, d-кварк всегда остается d-кварком. Но Природа иногда поступает по-другому. Существует медленная форма радиоактивности, бета-распад (утечки такой радиоактивности боятся на ядерных реакторах), при которой нейтрон превращается в протон. Поскольку нейтрон состоит из двух d-кварков и одного «-кварка, а протон — из двух «-кварков и одного d-кварка, то один из d-кварков нейтрона превращается в «-кварк (см. рис. 85). Вот как это происходит: d-кварк излучает новую частицу, И^-бозон,
Частицы со спином 1
Частицы со спином 1/2
Название
Обозначение -
Пасса (МэВ)
Электрон е
0,511
Нейтрино Ve О
КВарк
а
КВарк
и '-10
Фотон О
-1
Глюон О
О
Заряды
W
' 80 ООО
Рис. 86. С одной стороны, "7-бозон взаимодействует с электроном и нейтрино, и о другой,—_с d-кварком н ы-кварком
Подобную фотону, которая взаимодействует с электроном и другой новой частицей, антинейтрино (нейтрино, движущимся вспять во времени). Нейтрино — это еще одна частица со спином V2 (как электрон и кварки), но оно не имеет массы и заряда (т. е. не взаимодействует с фотонами). Оно не взаимодействует также с глюонами, а только с W-бозо-нами (см. рис. 86).
№-бозон является частицей со спином 1 (как фотон и глюон), он изменяет «аромат» кварков и переносит их заряд: d-кварк с зарядом —V3 превращается в «-кварк с зарядом +V3 — разница зарядов равна —1. («Цвет» кварка при
123
эгом не меняется.) Поскольку W -бозон переносит заряд —1 (и его античастица W+ переносит заряд +1), он взаимодействует также с фотонами. Бета-распад протекает гораздо медленнее, чем взаимодействие фотонов и электронов, поэтому считается, что W-бозон, в отличие от фотона и глюона, должен иметь очень большую массу (порядка 80 ОООМэВ). Сам по себе "7-бозон не наблюдается, поскольку для «выбивания» частицы с такой большой массой требуется очень большая энергия *).
