Асимптотическая свобода - NiNa.Az

Асимптоти́ческая свобо́да — физический эффект, возникающий в некоторой калибровочной теории, в которой взаимодействие между частицами, такими как кварки, становится сколь угодно малым при уменьшении расстояния между частицами. Другими словами, в асимптотическом пределе r→0 частицы перестают взаимодействовать и становятся свободными.

В 2004 году Нобелевская премия по физике присуждена трём физикам-теоретикам из США — Дейвиду Гроссу, Дейвиду Политцеру и Фрэнку Вильчеку, — с формулировкой «за открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий».

История

Во второй половине 1940-х годов произошло объединение квантовой механики с электродинамикой, что ознаменовалось построением математического аппарата квантовой теории поля, которая описывает взаимодействие элементарных частиц. Квантовая электродинамика (КЭД) начала развиваться в 1930-е годы в работах Дирака, Паули и Ферми, но только в 1950-е годы было показано, как избавляться от расходимостей, обычно присутствующих в квантовых теориях поля. Расширение КЭД на сильные взаимодействия оказалось невозможным. Однако в 1954 году Ч. Янг и Р. Миллс рассмотрели неабелевые калибровочные симметрии, М. Гелл-Ман и Дж. Цвейг в 1964 году ввели кварки и в 1965 году появились работы Н. Н. Боголюбова, Б. В. Струминского и А. Н. Тавхелидзе и независимо Ё. Миямото, ^[англ.] и Й. Намбу, которые ввели новое квантовое число, названное цветом. Тогда все адроны, состоящие из кварков, можно описать на языке новой неабелевой калибровочной теории поля, где взаимодействие переносится безмассовыми глюонами. Новая квантовая теория для описания взаимодействия кварков — квантовая хромодинамика (КХД) — оказалась нелинейной. При этом, как показал в 1963 году Ричард Фейнман, из-за нарушения унитарности у этой теории возникали проблемы с квантованием. Для восстановления унитарности Л. Д. Фаддеев и В. Н. Попов ввели «духов» в квантовую теорию неабелева калибровочного поля, что позволило использовать фейнмановские диаграммы и способствовало дальнейшему исследованию новой теории. Из-за нелинейности теории обычная теория возмущений оказалась малоэффективной, поэтому основным математическим аппаратом оказался формализм ренормгруппы. Этот формализм появился в работах 1950-х годов Э. К. Г. Штюкельберга и ^[англ.] и М. Гелл-Мана и ^[англ.], но законченную форму приобрёл в исследованиях Н. Н. Боголюбова и Д. В. Ширкова. Метод ренормгруппы позволяет вычислить ультрафиолетовые и инфракрасные асимптотики благодаря учёту основных вкладов бесконечного класса диаграмм Фейнмана.

К началу 1970-х годов все эти результаты предшествовали открытию асимптотической свободы. Д. Гросс, Ф. Вильчек и Д. Политцер показали, что с уменьшением расстояния между кварками эффективная константа взаимодействия в КХД уменьшается, что приводит к исчезновению взаимодействия. Это подтверждалось в экспериментах по глубоконеупругому лептон-адронному рассеянию на линейном ускорителе электронов в Стэнфорде (США). Асимптотическая свобода оказалась важна для практического применения в КХД, поскольку разбила область взаимодействия кварков на две области больших и малых расстояний, где можно применять теорию возмущений. Аналогичное явление было открыто в квантовой электродинамике для заряженных векторных полей В. С. Ваняшиным и М. В. Терентьевым в 1965 году, в теории Янга-Миллса И. Хрипловичем в 1969 году и Г. ’т Хоофтом в 1972 году

Ссылки

1. The Nobel Prize in Physics 2004 (англ.). Nobel Web (2004). Дата обращения: 24 октября 2010. Архивировано 29 июня 2018 года.
2. Струминский Б. В. Магнитные моменты барионов в модели кварков. — Дубна: ОИЯИ, 1965. — (Препринты ОИЯИ, № Р-1939). Архивировано 15 июля 2023 года.
3. Miyamoto Y. Three Kinds of Triplet Model (англ.) // Progress of Theoretical Physics (Extra Number Supplement: Commemoration Issue for the Thirtieth Anniversary of the Meson Theory by Dr. H. Yukawa). — 1965. — P. 187—192. — doi:10.1143/PTPS.E65.187.
4. Han M., Nambu Y. Three-Triplet Model with Double SU(3) Symmetry (англ.) // Physical Review. — 1965. — Vol. 139, iss. 4B. — P. 1038—1047. — doi:10.1103/PhysRev.139.B1006. Архивировано 16 августа 2016 года.
5. D. J. Gross, F. Wilczek. Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories (англ.) // Physical Review Letters. — 1973. — Vol. 30, no. 26. — P. 1343—1346. — doi:10.1103/PhysRevLett.30.1343. — Bibcode: 1973PhRvL..30.1343G.
6. H. D. Politzer. Reliable perturbative results for strong interactions (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1973. — Vol. 30, no. 26. — P. 1346—1349. — doi:10.1103/PhysRevLett.30.1346. — Bibcode: 1973PhRvL..30.1346P.
7. V. S. Vanyashin, M. V. Terent'ev. The vacuum polarization of a charged vector field (англ.) // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1965. — Vol. 21, no. 2. — P. 375—380. — Bibcode: 1965JETP...21..375V. Архивировано 4 апреля 2022 года.
8. I.B. Khriplovich. Green's functions in theories with non-Abelian gauge group (англ.) //  : journal. — 1970. — Vol. 10. — P. 235—242.
9. G. 't Hooft. Unpublished talk at the Marseille conference on renormalization of Yang–Mills fields and applications to particle physics (англ.) : journal. — 1972. — June.

Литература

• Д. Гросс 25 лет асимптотической свободы (англ.)(Нобелевская лекция 2004 г. — премия присуждена за открытие этого эффекта)
• Gerard 't Hooft, «When was Asymptotic Freedom discovered? or The Rehabilitation of Quantum Field Theory», Nucl. Phys. Proc. Suppl. 74:413-425, 1999, arXiv: hep-th/9808154
• S. Pokorski. Gauge Field Theories (англ.). — Cambridge University Press, 1987. — ISBN 0-521-36846-4.
• В. Нестеренко, А. Сорин, Асимптотическая свобода — триумф квантовой теории поля // ОИЯИ «Дубна» N 40 (2004)