Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кванттық хромодинамикадағы құбылыс
Phenomenon in quantum chromodynamics
Кванттық хромодинамикада (QCD) түстің тұтқындалуы, көбінесе жай ғана тұтқындалу деп аталады, – түсті зарядталған бөлшектердің (мысалы, кварктар мен глюондардың) оқшауланбау құбылысы, сондықтан оларды қалыпты жағдайларда, шамамен 2 теракельвинге (бір бөлшектің шамамен 130–140 МэВ энергиясына сәйкес) дейінгі Hagedorn температурасының астында тікелей байқау мүмкін емес. Кварктар мен глюондар адрон құру үшін бірігіп тұруы керек. Адронның екі негізгі түрі – мезондар (бір кварк, бір антикварк) және бариондар (үш кварк). Бұған қоса, тек глюондардан ғана тұратын түссіз глюондар да тұтқындалумен үйлеседі, бірақ оларды тәжірибе жүзінде анықтау қиын. Кварктар мен глюондарды олардың бастапқы адронынан жаңа адрондарды жаратпай бөліп алуға болмайды.
In quantum chromodynamics (QCD), color confinement, often simply called confinement, is the phenomenon that color charged particles (such as quarks and gluons) cannot be isolated, and therefore cannot be directly observed in normal conditions below the Hagedorn temperature of approximately 2 terakelvin (corresponding to energies of approximately 130–140 MeV per particle). Quarks and gluons must clump together to form hadrons. The two main types of hadron are the mesons (one quark, one antiquark) and the baryons (three quarks). In addition, colorless glueballs formed only of gluons are also consistent with confinement, though difficult to identify experimentally. Quarks and gluons cannot be separated from their parent hadron without producing new hadrons.
Шығу тегі
Түстердің тұтқындалуының әлі күнге дейін ешқандай абельдік емес өлшем теориясында аналитикалық дәлелі жоқ. Бұл құбылысты сапалы түрде түсінуге болады, егер QCD-нің күш тасымалдайтын глюондарының кванттық электродинамиканың (QED) фотондарынан айырмашылығы бар екенін атап өтсек – оларда түс заряды бар. Электр заряды бар бөлшектердің арасындағы электр өрісі олардың арақашықтығы артқан сайын тез азаяды, ал түс заряды бар екі бөлшектің арасындағы глюон өрісі олардың арасында тар ағынды түтік (немесе тізбек) құрайды. Глюон өрісінің осы ерекшелігіне байланысты, бөлшектер арасындағы күш олардың арақашықтығына қарамастан тұрақты болады. Сондықтан, екі түсті зарядтарды бір-бірінен алшақтатқанда, белгілі бір нүктеде түтікті одан әрі созудың орнына, жаңа кварк-антикварк жұбының пайда болуы энергетикалық тұрғыдан тиімді болады. Осының нәтижесінде, кварктарды бөлшектерді жеделдетуінде өндірген кезде, ғалымдар детекторларда жеке кварктарды көрудің орнына, көптеген түссіз бөлшектердің (мезондар мен бариондар) жиынтығынан құралған "жеттерді" көреді. Бұл процесс адронизация, фрагментация немесе тізбектің үзілуі деп аталады. Тұтқындау фазасы әдетте Уилсон циклының әрекетімен сипатталады, ол бір нүктеде туындап, екінші нүктеде жойылған кварк-антикварк жұбының кеңістіктегі траекториясы болып табылады. Тұтқындамайтын теорияда мұндай циклдың әрекеті оның периметріне пропорционал. Ал тұтқындайтын теорияда циклдың әрекеті оның ауданына пропорционал. Ауданы кварк-антикварк жұбының арақашықтығына пропорционалды болғандықтан, еркін кварктарды басуға болады. Мұндай жағдайда мезондарға рұқсат етіледі, себебі қарама-қарсы бағытталған екінші циклды қамтитын циклдың арасындағы аудан кішкентай болады. Нөлдік емес температурада, тұтқындау операторы – Вильсон циклының термиялық нұсқалары, яғни Поляков циклдары болып табылады.
There is not yet an analytic proof of color confinement in any non abelian gauge theory. The phenomenon can be understood qualitatively by noting that the force carrying gluons of QCD have color charge, unlike the photons of quantum electrodynamics (QED). Whereas the electric field between electrically charged particles decreases rapidly as those particles are separated, the gluon field between a pair of color charges forms a narrow flux tube (or string) between them. Because of this behavior of the gluon field, the strong force between the particles is constant regardless of their separation. Therefore, as two color charges are separated, at some point it becomes energetically favorable for a new quark–antiquark pair to appear, rather than extending the tube further. As a result of this, when quarks are produced in particle accelerators, instead of seeing the individual quarks in detectors, scientists see "jets" of many color neutral particles (mesons and baryons), clustered together. This process is called hadronization, fragmentation, or string breaking. The confining phase is usually defined by the behavior of the action of the Wilson loop, which is simply the path in spacetime traced out by a quark–antiquark pair created at one point and annihilated at another point. In a non confining theory, the action of such a loop is proportional to its perimeter. However, in a confining theory, the action of the loop is instead proportional to its area. Since the area is proportional to the separation of the quark–antiquark pair, free quarks are suppressed. Mesons are allowed in such a picture, since a loop containing another loop with the opposite orientation has only a small area between the two loops. At non zero temperatures, the order operator for confinement are thermal versions of Wilson loops known as Polyakov loops.
Қалпына келтіру шкаласы
Тұрақтылық шкаласы немесе QCD шкаласы – бұл бұзылымдық түрде анықталған күшті байланыс тұрақтысының шексіздікке ұмтылуы. Бұл Ландау полюсі деп аталады. Сондықтан, тұтқындау шкаласының анықтамасы мен мәні қолданылған қайта нормалау схемасына байланысты. Мысалы, MS бар схемасында және 4 циклдағы есептеулерде, 3 дәмдік жағдайдағы әлемдік орташа мән мынадай болады:
The confinement scale or QCD scale is the scale at which the perturbatively defined strong coupling constant diverges. This is known as the Landau pole. The confinement scale definition and value therefore depend on the renormalization scheme used. For example, in the MS bar scheme and at 4 loop in the running of , the world average in the 3 flavour case is given by
Қайта нормалау тобының теңдеуі дәл шешілген кезде, бұл шкала мүлдем анықталмайды. Сондықтан, күшті байланыс тұрақтысының мәнін белгілі бір эталондық шкалада көрсету қалыпты жағдай. Кейде тұтқындалудың жалғыз себебі Ландау полюсінің жанындағы күшті байланыстың өте үлкен мәні деп есептеледі. Бұл кейде инфрақызыл құлдық деп аталады (ультракөк еркіндігімен салыстыру үшін таңдалған термин). Алайда, бұл дұрыс емес, өйткені QCD-де Ландау полюсі физикалық емес, оның тұтқындау шкаласындағы орны таңдалған қайта нормалау схемасына, яғни конвенцияға байланысты екенінен көрінеді. Көптеген дәлелдер орташа үлкен байланысқа, әдетте 1/3 шамасына нұсқайды. Компактты Абельдік калибр теориялары да 2 және 3 кеңістік өлшемдерінде тұтқындалуды көрсетеді. Магниттік жүйелердің спинондар деп аталатын элементарлық қоздырғыштарында тұтқындау құбылысы табылды. Егер электрожұқ симметрияны бұзу шкаласы төмендетілсе, бұзылмаған SU(2) өзара әрекеттесуі ақырында шектеулі болады. SU(2) осы шкаладан жоғары шектеулі болатын балама модельдер төмен энергияда Стандартты модельге сандық жағынан ұқсас, бірақ симметрия бұзылуынан жоғары энергияда айтарлықтай өзгеше.
When the renormalization group equation is solved exactly, the scale is not defined at all. It is therefore customary to quote the value of the strong coupling constant at a particular reference scale instead. It is sometimes believed that the sole origin of confinement is the very large value of the strong coupling near the Landau pole. This is sometimes referred as infrared slavery (a term chosen to contrast with the ultraviolet freedom). It is however incorrect since in QCD the Landau pole is unphysical, which can be seen by the fact that its position at the confinement scale largely depends on the chosen renormalization scheme, i. e., on a convention. Most evidences point to a moderately large coupling, typically of value 1 3 Compact Abelian gauge theories also exhibit confinement in 2 and 3 spacetime dimensions. Confinement has been found in elementary excitations of magnetic systems called spinons. If the electroweak symmetry breaking scale were lowered, the unbroken SU(2) interaction would eventually become confining. Alternative models where SU(2) becomes confining above that scale are quantitatively similar to the Standard Model at lower energies, but dramatically different above symmetry breaking.
Толық экраннан өткен кварктердің модельдері
Кварктардың тұтқындалу идеясынан басқа, кварктердің түсті заряды кваркты қоршаған глюондық түспен толыққандай жасырылуы мүмкін. Кварктердің түсті зарядын толық жасыруды қамтамасыз ететін SU(3) классикалық Янг-Милл теориясының нақты шешімдері табылды. Дегенмен, мұндай классикалық шешімдер QCD вакуумының маңызды ерекшеліктерін ескермейді. Сондықтан, бөлінген кварк үшін мұндай толық глюондық жасыру шешімдерінің маңыздылығы белгісіз.
Besides the quark confinement idea, there is a potential possibility that the color charge of quarks gets fully screened by the gluonic color surrounding the quark. Exact solutions of SU(3) classical Yang–Mills theory which provide full screening (by gluon fields) of the color charge of a quark have been found. However, such classical solutions do not take into account non trivial properties of QCD vacuum. Therefore, the significance of such full gluonic screening solutions for a separated quark is not clear.