Сильные взаимодействия

План доклада
Введение
Становление теории сильных взаимодействий
Квантовая хромодинамика
Заключение

Введение

Иерархия частиц
- Привычные нам объекты состоят из молекул
- Молекулы состоят из атомов - Атомы состоят из электронов и ядер
- Ядра состоят из протонов и нейтронов
- Протоны и нейтроны состоят из кварков
- Кварки и электроны состоят из ???
Кварки и электроны - элементарные частицы

Элементарные частицы

Лептоны и кварки

Переносчики взаимодействия

Становление теории сильных взаимодействий

Кварковая модель
В экспериментах видят барионы и мезоны

Кварковая модель: мезоны
Гелл-Манн (1964)

Кварковая модель: барионы
Гелл-Манн (1964)

Свойство сильных взаимодействий
Для составных объектов выполняется закон:
Сильные взаимодействия:

Свободных кварков в экспериментах обнаружено не было

Глубоко неупругое рассеяние
Опыт аналогичный Резерфордовскому рассеянию:
(dσ/dΩ)R ~ α²/ q^4 = α² / p^4 sin^4 θ/2 (dΩ = 2πdcosθ)
р – импульс электрона, θ - азимутальный угол рассеяния
α=1/137
ep->eX
Если мишень имеет пространственное распределение
dσ/dΩ = (dσ/dΩ)R GE²(q²)
GE(q²) = ∫ d³r ρ(r) exp(iq.r)
GE(q²) = 1 для малых q² и GE(q²) → 0 для больших q²

Кинематика
Q²= (p - p’)² импульс переданный ядру
ν = E - E’ энергия переданная ядру
x = Q²/2Mν безразмерная переменная
M масса ядра
Q²= 4E²sin²θ/2
Q² ν
E
E’

Скейлинг
Сечение глубоко неупругого рассеяния зависит от
угла θ и от энегрии улетающего электрона E’:
d²σ/dE’dΩ ~(dσ/dΩ)R[cos²θ/2 F2(x,Q²)+sin²θ/2 (Q²/xM²) F1(x,Q²)]/ν
При больших Q2: F1 (x,Q²) → F1 (x) и F2 (x,Q²) → F2 (x)
Скейлинг:
При больших Q2: F1 (x,Q²) → F1 (x) и F2 (x,Q²) → F2 (x)
Рассеяние на точечных частицах (партоны)
Переменная x-доля импульса ядра, которую несет партон
Партоны:
Спин-0 партоны => F1(x) = 0;
Спин-1/2 партоны => 2xF1(x) = F2(x)
Имеют дробный заряд
Несут ~ 50% импульса всего протона
Бьеркиновский скейлинг (1969)

e+e- аннигиляция

e+e- аннигиляция
Каждый кварк существует в 3-х экземплярах
Для одного кварка: R=Q2
Эксперимент:

Цветные кварки
Цвет кварка- новое квантовое число
Кварки бывают:
Красные
Зеленые
Синие

Квантовая хромодинамика

Электродинамика (КЭД)
Уравнение движения заряженной частицы
Электродинамика – абелева калибровочная теория

Квантовая хромодинамика (КХД)
Неабелева калибровочная теория
Свойства КХД:
- NC=3 цвета кварков
- NC2-1=8 глюонов
- Калибровочная группа SU(3)

КХД и КЭД
Сильные взаимодействия:
Частицы: Кварки и глюоны
Переносчики: Глюоны ( цветовой заряд ) Неабелевая Калибровочная теория
Сила взаимодействия:
Электромагнитные взаимодействия:
Частицы: Любые заряженные частицы
Переносчики: Фотоны (не имеют зарядя)
Абелевая Калибровочная теория
Сила взаимодействия:

Бегущий заряд
Ассимптотическая свобода:
На малых расстояниях заряд – малый параметр!!!

Экспериментальное подтверждение ассимптотической свободы

Асимптотическая свобода и конфайнмент
Асимптотическая свобода
Нобелевская премия 2004 года
Д. Гросс Д. Политцер Ф. Вильчек
Конфайнмент
Проблема тысячелетия
(Математический институт Клэя,1000000 $)
Нобелевская премия ? года
?

Конфайнмент
Чтобы разделить кварки нужна бесконечная энергия!!!

Разрыв струны

Разрыв струны (Мезоны)

Разрыв струны (Барионы)

Тяжелый кварконий
Универсальный потенциал взаимодействия!!!

Спектр чармониев и боттомониев

Заключение

Заключение
Квантовая теория поля
Статистическая физика
Критические явления
Теория гравитации
Теория струн
Физика плазмы