Сильные взаимодействия В.В. Брагута Институт Физики Высоких Энергий, г. Протвино

План доклада Введение Становление теории сильных взаимодействий Квантовая хромодинамика Заключение

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: (d /d ) R ~ ²/ q^4 = ² / p^4 sin^4 /2 (d = 2 dcos ) р – импульс электрона, - азимутальный угол рассеяния =1/137 ep->eX Если мишень имеет пространственное распределение d /d = (d /d ) R G E ²(q²) G E (q²) = d³r (r) exp(iq.r) G E (q²) = 1 для малых q² и G E (q²) 0 для больших q²

Кинематика Q²= (p - p)² импульс переданный ядру = E - E энергия переданная ядру x = Q²/2M безразмерная переменная M масса ядра Q²= 4E²sin² /2 Q² E E

Скейлинг Сечение глубоко неупругого рассеяния зависит от угла и от энегрии улетающего электрона E: d² /dEd ~(d /d )R[cos² /2 F2(x,Q²)+sin² /2 (Q²/xM²) F1(x,Q²)]/ При больших Q 2 : F1 (x,Q²) F1 (x) и F2 (x,Q²) F2 (x) Скейлинг: При больших Q 2 : F 1 (x,Q²) F 1 (x) и F 2 (x,Q²) F 2 (x) Рассеяние на точечных частицах (партоны) Переменная x-доля импульса ядра, которую несет партон Партоны: Спин-0 партоны => F 1 (x) = 0; Спин-1/2 партоны => 2xF 1 (x) = F 2 (x) Имеют дробный заряд Несут ~ 50% импульса всего протона Бьеркиновский скейлинг (1969)

e + e - аннигиляция

Каждый кварк существует в 3-х экземплярах Для одного кварка : R=Q 2 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: - N C =3 цвета кварков - N C 2 -1=8 глюонов - Калибровочная группа SU(3) Свойства КХД: - N C =3 цвета кварков - N C 2 -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, $) 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 Квантовая теория поля Статистическая физика Критические явления Теория гравитации Теория струн Физика плазмы