Фундаментальные взаимодействия элементарных частиц
Язык фейнмановских диаграмм.
Для расчетов и качественного обсуждения явлений в квантовой электродинамике(КЭД) особенно удобна техника диаграмм Фейнмана. Эти диаграммы в графической форме задают алгоритм, по которому в теории возмущений вычисляется амплитуда вероятности того или иного конкретного процесса. Линии на диаграммах изображают движение частиц, а вершины — их взаимодействия. Так, например, диаграммы рис. 1 изображают рассеяние фотона на электроне. Здесь волнистые линии изображают распространение фотона, а прямые'— электрона. Линии, один из концов которых свободен, отвечают свободным частицам: сталкивающимся или вылетающим. Линия, соединяющая две вершины, отвечает так называемой виртуальной частице, для которой 
(здесь k — 4-импульс частицы, am — ее масса; согласно
 | |||
 | |||
а) б) рис.7
рис.6
фейнмановским правилам взаимодействие в каждой вершине происходит с сохранением 4-импульса).
При вычислениях каждой виртуальной частице ставится в соответствие функция, описывающая ее распространение, так называемый пропагатор. По существу, именно виртуальные частицы ответственны в рамках диаграммной техники за описание квантовых силовых полей, посредством которых взаимодействующие частицы воздействуют друг на друга.
На рис. 6,а виртуальный электрон несет времениподоб-ный импульс (
>0). На рис. 6,б, также дающем вклад в рассеяние фотона электроном, виртуальный электрон может нести и пространственноподобный импульс (
<0). Если в комптоновском рассеянии силовое поле описывается виртуальным электроном, то в рассеянии электрона на электроне силовое поле описывается виртуальным фотоном (рис. 7).
Замечательным свойством фейнмановских диаграмм является то, что их линии описывают одновременно распространение и частиц (электронов), и античастиц (позитронов). При этом позитрон интерпретируется как электрон, распространяющийся вспять по времени. (Обычно подразумевают, что стрела времени на диаграмме направлена слева направо.)
Диаграмма рис. 8 изображает аннигиляцию электрона и позитрона в два фотона, рис. 9 дает обратный процесс -рождение двумя столкнувшимися фотонами электронно-по-зитронной пары. Диаграмма на рис. 10 изображает рождение пары
при столкновении электрона и позитрона.
Все диаграммы, обсуждавшиеся нами до сих пор, принадлежат к диаграммам так называемого древесного типа. В них значения 4-импульсов виртуальных частиц однозначно фиксируются значениями 4-импульсов реальных частиц. Эти диаграммы отвечают для каждого из описываемых ими процессов минимальному числу виртуальных
|
|
|
Рис. 9 |
Рис. 8
частиц или, иначе говоря, низшему порядку теории воз мущений по электромагнитному взаимодействию. В элект родинамике величина электрического заряда считается малым параметром и по ее степеням (по степеням а) строится ряд теории возмущений. Как уже говорилось выше, в конкретных расчетах учитывались члены вплоть до
В высших порядках теории возмущений появляются так называемые петлевые диаграммы (см., например, рис. 11)
|
|
Рис.10 Рис.11
в которых импульсы виртуальных частиц, образуюдих петли, не фиксированы и по ним проводится интегрирование. На рис.11 петля образована электронно-позитрон-ной парой, рожденной виртуальным фотоном и затем проаннигилировавшей в виртуальный фотон. Такое образование виртуальных пар при распространении фотона в вакууме носит название поляризации вакуума.
СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Слабые распады
В 1996 г. исполнится сто лет с тех пор, когда Беккерель обнаружил, что соли урана испускают проникающее излучение. В то время Беккерель не знал, но мы теперь знаем, что лучи, которые он наблюдал, были 
-лучи, т. е. электроны, испускаемые при радиоактивном распаде (у Беккереля это был 
-распад тория). Так был открыт -распад, так началась история исследования слабого взаимодействия. Другие лучи, открытые вскоре, 
-лучи, представляли собой ядра гелия, спонтанно испускаемые тяжелыми радиоактивными элементами. Опыты с 
-частицами привели к открытию ядра и ядерных сил. Таким образом, открытие радиоактивности положило начало исследованию как слабого, так и сильного взаимодействий. Можно сказать, что сильное и слабое взаимодействия имеют общий «день рождения».
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11