Микромир, элементарные частицы, вакуум: различия между версиями

Сильные взаимодействия обусловливают, в частности, ядерные силы, благодаря которым протоны и нейтроны объединяются в атомные ядра. Эти же взаимодействия вызывают быстрые процессы превращения элементарных частиц. В 1935 г. Х. Юкава высказал гипотезу, что они осуществляются посредством обмена массивными частицами – мезонами. Поскольку эффективный радиус действия сил обратно пропорционален массе частиц-переносчиков взаимодействия, <math>\Lambda \sim \hbar /mc</math> , то именно этот факт, согласно Юкаве, должен объяснить короткодействие ядерных сил. Имея оценку характерных размеров лёгких ядер <math>r \sim 10^{ - 13}</math> cм, нетрудно оценить массу мезонов: <math>mc^2 \sim 200\;</math> МэВ.

В 1947 г. Дж. Латтес, Х. Мьюирхед, Дж. Оккиалини и С. Пауэлл обнаружили заряженные <math>(\pi^+</math> и <math>\pi^- )</math> мезоны в космических лучах. Нейтральные <math>(\pi^0)</math> мезоны обнаружены в 1950 г. в процессах столкновения фотонов и протонов с ядрами. В соответствии с приведённой выше оценкой <math>\pi</math> -мезоны (или кратко «пионы») имеют массу почти в 300 раз превышающую массу электрона. Точнее, <math>m_{\pi^+} = m_{\pi^-} = 138,6 </math> МэВ, <math>m_{\pi^0} = 134,96 </math> МэВ.

Другим отличием сильного взаимодействия от электромагнитного оказалась большая величина «сильного» заряда <math>g</math>: если для электрического заряда <math>e^2/\hbar c\approx 1/137,</math>, то для «сильного» заряда <math>g^2 / \hbar c \approx 1.</math>. На основе идей Юкавы была предложена теоретико-полевая модель сильных взаимодействий. Однако непосредственное применение этой модели к расчёту процессов с участием сильновзаимодействующих частиц не дало сколько-нибудь полезных результатов. Дело в том, что из-за большой величины «сильного» заряда обычные методы вычислений, подобные применявшимся в квантовой электродинамике, уже не годились. Суть проблемы состояла в том, что поправки, обусловленные «сильными» процессами участием частиц вакуума (т. е. из «моря Дирака»), оказывались большими и даже росли с ростом числа виртуальных частиц в промежуточном состоянии.

Дальнейший анализ показал, что, помимо учёта упомянутых особенностей –— локальности и величины силы –— теории сильного и слабого взаимодействий обладали принципиальным отличием от электродинамики: они оказались неперенормируемыми. Другими словами, невозможно было, изменив определённым образом массу частиц и «сильный» (или «слабый») заряд, добиться исчезновения бесконечностей. Это означало, что теории не позволяли корректно рассчитать процессы с участием вакуумных частиц. И если в случае слабых взаимодействий проблема не была такой острой –— хорошее согласие теории и эксперимента достигалось уже в пренебрежении подобными процессами, то в случае сильных взаимодействий учёт вакуумных частиц был просто необходим (из-за большой величины «сильного» заряда). Ситуация казалась безвыходной.