Конфаймент. Антиэкранировка цветного заряда

В КХД, являющейся теорией сильного взаимодействия

Конфа́йнмент (Confinement — удержание [цвета]) — явление в физике элементарных частиц, состоящее в невозможности получения кварков в свободном состоянии, поскольку в экспериментах наблюдаются только агрегаты кварков, состоящие из двух (мезоны) или трёх (барионы) кварков. Тем не менее, имеются веские указания в пользу того, что сами кварки существуют: кварки хорошо описывают систематику элементарных частиц и наблюдаются внутри них в качестве партонов при глубоко неупругих столкновениях.

Для объяснения удержания предполагалось, что цветовой заряд, которым обладают кварки, имеет свойство так называемого антиэкранирования. Антиэкранирование. происходит из-за того, что переносчики сильного взаимодействия — глюоны сами обладают цветовым зарядом и в процессе движения как бы «порождают новые глюоны из вакуума» и тем усиливают взаимодействие. В результате кварки притягиваются тем сильнее, чем дальше они друг от друга (см. рис. 11.8). Гипотеза кварков помогла классифицировать многочисленные экзотические адроны и их резонансы, а также хорошо объяснила многие физические эффекты: сечение

столкновения адронов, формирования «струй адронов» («hadron jets») при глубоко неупругих столкновениях двух адронов. На гипотезе наличия кварков строится квантовая теория поля сильного взаимодействия — квантовая хромодинамика (КХД), которая и пытается описать свойство конфайнмента математически точным языком. Согласно КХД глюоны участвуют в сильном взаимодействии не только с кварками, но и с другими глюонами. В этом коренное отличие КХД от КЭД, где квант поля (фотон) не несёт заряда и диаграмма, приведённая на рис 11.8 с участием фотонов невозможна. В то же время чисто глюонные узлы приводят к антиэкранировке цветового заряда.

Рис. 11.8. Антиэкранировка цветового заряда

За счёт межглюонного взаимодействия цветовой заряд кварка, измеряемый пробным зарядом, уменьшается при приближении пробного заряда к кварку. Диаграмму, показанную на рис. 11.8, по этой причине называют диаграммой антиэкранировки. Влияние диаграмм антиэкранироки в КХД преобладает над влиянием диаграмм экранировки и, сближаясь, два кварка будут «чувствовать» всё более ослабленные цветовые заряды друг друга и сила их цветового взаимодействия будет ослабевать. В пределе очень малых расстояний кварки перестают взаимодействовать и ведут себя как свободные (асимптотически свободными).

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

Лекция 12. Слабые взаимодействия. Несохранение чётности в слабых взаимодействиях