Микромир, элементарные частицы, вакуум: различия между версиями

Путь к преодолению трудностей с теорией кварков наметился с несколько неожиданной стороны. Ещё в 1954 г. Ч. Янг и Р. Миллс, изучая возможные пути обобщения электродинамики, рассмотрели абстрактную, как тогда казалось, схему, по которой имеется три безмассовых поля, несущих заряды +, -, 0 и взаимодействующих между собой. Эти свойства резко отличают поля Янга — -Миллса от обычного электромагнитного поля, которое единственно, нейтрально и не взаимодействует непосредственно с самим собой.

Как только выяснилась кварковая структура адронов, возникла идея описать межкварковые взаимодействия как обмен квантами некоторых полей. Эти поля были названы глюонными, а кванты этих полей — глюонами (от англ. ''glue'' — клей). Чтобы описать все возможные изменения цвета кварков в процессах взаимодействия, нужно было иметь восемь различных полей. Для этого необходимо было приписать кваркам особый, цветовой заряд, определяющий меру их взаимодействия с глюонным полем (подобный электрическому заряду, определяющему взаимодействие электрона с электромагнитным полем). Оказалось, что поведение глюонных полей может быть описано с помощью уравнений, являющихся обобщением уравнений Янга — -Миллса.

Анализ уравнений квантовой хромодинамики позволил объяснить отрицательные результаты поиска свободных кварков. Явление невылетания кварков из адронов, получило название «конфайнмент» (от англ. ''confinement'' — заключение, заточение, ограничение). Дело в том, что согласно КХД кварки оказываются как бы связанными глюонными струнами — см. рис. 5. С увеличением расстояния между кварками энергия взаимодействия растёт подобно тому, как растёт потенциальная энергия камня, поднимаемого над поверхностью Земли. Когда потенциальная энергия оказывается достаточно большой, «струна» рвётся и запасённая в ней энергия глюонного поля расходуется на образование новых адронов — барионов и мезонов. В качестве примера рассмотрим реакцию

<math>p \to n + \pi^+</math>,

<math>\tilde d</math> объединяется с исходным кварком u (отделяемым от протона) и образует пион <math>\pi^+ = (u\tilde d).</math>. Второй же кварк из пары (d) возвращается в исходный адрон, в результате чего возникает нейтрон.