КВАНТОВАЯ ХРОМОДИНАМИКА

(КХД), квантовополевая теория сильного вз-ствия кварков и глюонов, построенная по образу квант. электродинамики (КЭД) на основе «цветовой» калибровочной симметрии. В отличие от КЭД, фермионы в КХД имеют дополнит. степень свободы — квант. число, принимающее три значения и наз. «цветом». Такими фермионами явл. кварки. Кварк каждого типа («аромата» — u, d, s, с, b) может находиться в трёх «цветовых» состояниях, связанных друг с другом калибровочными преобразованиями. Аналогом электрич. заряда (источника эл.-магн. поля) в КХД явл. «цветовой заряд», к-рый порождает глюонное поле. Вз-ствие кварков осуществляется посредством обмена глюонными полями восьми «цветовых» разновидностей, играющими роль компенсирующих (калибровочных) Янга — Миллса полей. В отличие от эл.-магн. поля, эти поля, являясь «цветными», обладают «цветовым зарядом» и поэтому сами порождают глюонные поля и взаимодействуют друг с другом. Вследствие этого ур-ния для глюонного поля (в отличие от Максвелла уравнений в вакууме) нелинейны. Квантами глюонных полей явл. глюоны — ч-цы со спином 1 и нулевой массой покоя. В кач-ве константы вз-ствия (константы связи) выступает «цветовой заряд» кварков и глюонов.

В методе теории возмущений вз-ствие глюонов приводит к тому, что в Фейнмана диаграммах наряду с вершинами

типа, изображённого на рис. 1, а, где кварк q (сплошная линия), испуская (или поглощая) глюон g (пунктирные линии), может изменить свой «цвет» (не меняя «аромата»), появляются вершины типа рис. 1, б, в, представляющие собой самодействие глюонов. Благодаря самодействию глюонов поляризация вакуума приводит к антиэкранировке «цветового» эффективного заряда g, т. е. к его убыванию с ростом квадрата переданного четырёхмерного импульса (4-импульса) Q2 (см. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ):

где L — некий фундам. размерный параметр теории. Сравнение с данными эксперимента показывает, что величина L лежит в интервале 100— 300 МэВ/с. Это св-во т. н. асимптотической свободы позволяет доказать в КХД справедливость партонной картины процессов с большой передачей 4-импульса (см. ПАРТОНЫ).

Однако благодаря вз-ствию между кварками и глюонами КХД вносит в эту картину ряд характерных элементов. К ним, например, относятся: а) определённый закон нарушения масштабной инвариантности в глубоко неупругих процессах; б) определённое угл. распределение адронных струй, образующихся в процессе аннигиляции электрон-позитронной пары в адроны (рис. 3), и, в частности, появление при высокой энергии трёхструйных процессов, связанных с испусканием жёсткого глюона кварком или антикварком, возникших при аннигиляции е+е-; в) трёхструйный хар-р распада ипсилон-частицы (?=bb=) через трёхглюонную аннигиляцию bb=; г) гораздо меньшая ширина распада векторных мезонов (напр., J/y), чем псевдоскалярных или скалярных (напр., cс), поскольку первые распадаются с испусканием трёх глюонов (вероятность =a3s), а вторые— двух (вероятность =a2s), и ряд др. эффектов, получивших не только качественное, но и количеств. подтверждение в эксперименте. Всё это даёт

основание рассматривать КХД как динамику «цветных» кварков, связывающую их в «бесцветные» адроны, т. е. как динамику сильного вз-ствия. Наиб. острая проблема КХД — причина отсутствия свободных кварков и глюонов. Она тесно связана с вопросом о том, как дальнодействующие силы между кварками (из-за обмена безмассовыми глюонами) превращаются в короткодействующие яд. силы между адронами. Обычно считается, что по мере удаления «цветного» кварка, напр. в протоне (состоящем из трёх кварков), эфф. вз-ствие его возрастает настолько, что из вакуума рождается пара кварк-антикварк, «обесцвечивающая» как вылетающий кварк, так и остаток протона: кварк превращается в виртуальный мезон (qq=), ответственный за яд. силы (рис. 2). Аналогично объясняется и рождение адронных струй. Напр., в процессе аннигиляции пары е+е- в адроны рождается пара «цветных» qq=, к-рая по мере разлёта рождает

из вакуума др. пары qq=, «обесцвечивающие» разлетающиеся кварки и превращающие их в две струи адронов (рис. 3). Однако к.-л. доказательства этого механизма в КХД отсутствуют. Др. надежда на объяснение невылетания «цветных» кварков и глюонов связана с необходимостью перестройки вакуума вследствие того, что обычная для квант. теории поля гипотеза о «выключении» вз-ствия на бесконечности в КХД может оказаться неверной, т. к. приводит к кардинальному изменению хар-ра калибровочной симметрии теории (из-за того, что глюоны становятся свободными).

Убывание эфф. заряда (1) с ростом переданного импульса вместе с ростом эфф. заряда в объединённой теории эл.-магн. и слабого вз-ствий (см. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ) даёт основание надеяться на объединение всех трёх вз-ствий в рамках единой калибровочной теории в области импульсов, в к-рой эфф. заряды станут одинаковыми. В наиб. распространённом варианте это соответствует энергии 1014—1016 ГэВ (см. ВЕЛИКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ).