Введение
Расходимость константы связи при высоких энергиях
В физике, полюс Ландау (или московский ноль, или привидение Ландау) — это масштаб импульса (или энергии), при котором константа связи (интенсивность взаимодействия) квантовой теории поля становится бесконечной. Эта возможность была указана физиком Львом Ландау и его коллегами. Тот факт, что константы связи зависят от масштаба импульса (или длины), является центральной идеей ренормализационной группы. Полюса Ландау возникают в теориях, которые не являются асимптотически свободными, таких как квантовая электродинамика (КЭД) или φ⁴-теория — скалярное поле с квартичным взаимодействием, которое может описывать бозон Хиггса. В этих теориях, ренормированная константа связи растет с энергией. Полюс Ландау появляется, когда связь становится бесконечной при конечном энергетическом масштабе. В теории, претендующей на полноту, это можно рассматривать как математическую несогласованность. Возможным решением является то, что ренормированный заряд может стремиться к нулю при снятии отсечки, что означает, что заряд полностью экранируется квантовыми флуктуациями (вакуумной поляризацией). Это случай квантовой тривиальности, что означает, что квантовые поправки полностью подавляют взаимодействия в отсутствие отсечки. Поскольку полюс Ландау обычно идентифицируется посредством расчетов в один или два петли теории возмущений, возможно, что полюс является лишь признаком того, что приближение теории возмущений нарушается при сильном взаимодействии. Теория возмущений также может быть недействительна, если существуют неадиабатические состояния. Решётчатая калибровочная теория предоставляет средства для решения вопросов в квантовой теории поля за пределами области применимости теории возмущений и, таким образом, была использована для попытки разрешить этот вопрос. Численные вычисления, выполненные в рамках этого подхода, похоже, подтверждают вывод Ландау о том, что в КЭД ренормированный заряд полностью исчезает при бесконечной отсечке.
In physics, the Landau pole (or the Moscow zero, or the Landau ghost) is the momentum (or energy) scale at which the coupling constant (interaction strength) of a quantum field theory becomes infinite. Such a possibility was pointed out by the physicist Lev Landau and his colleagues. The fact that couplings depend on the momentum (or length) scale is the central idea behind the renormalization group. Landau poles appear in theories that are not asymptotically free, such as quantum electrodynamics (QED) or φ^(4) theory—a scalar field with a quartic interaction—such as may describe the Higgs boson. In these theories, the renormalized coupling constant grows with energy. A Landau pole appears when the coupling becomes infinite at a finite energy scale. In a theory purporting to be complete, this could be considered a mathematical inconsistency. A possible solution is that the renormalized charge could go to zero as the cut off is removed, meaning that the charge is completely screened by quantum fluctuations (vacuum polarization). This is a case of quantum triviality, which means that quantum corrections completely suppress the interactions in the absence of a cut off. Since the Landau pole is normally identified through perturbative one loop or two loop calculations, it is possible that the pole is merely a sign that the perturbative approximation breaks down at strong coupling. Perturbation theory may also be invalid if non adiabatic states exist. Lattice gauge theory provides a means to address questions in quantum field theory beyond the realm of perturbation theory, and thus has been used to attempt to resolve this question. Numerical computations performed in this framework seem to confirm Landau's conclusion that in QED the renormalized charge completely vanishes for an infinite cutoff.
Феноменологические аспекты
В теории, предназначенной для описания физического взаимодействия, где константа связи известна как отличная от нуля, полюса Ландау или тривиальность могут рассматриваться как признак неполноты теории. Например, КЭД обычно не считается самодостаточной полной теорией, поскольку она не описывает другие фундаментальные взаимодействия и содержит полюс Ландау. Как правило, КЭД является частью более фундаментальной электрослабой теории. Группа U(1)Y электрослабой теории также имеет полюс Ландау, который обычно рассматривается как сигнал о необходимости окончательного встраивания в Великую объединенную теорию. Масштаб великого объединения обеспечит естественную отсечку, значительно меньшую масштаба Ландау, предотвращая проявление полюса в наблюдаемых физических процессах. Проблема полюса Ландау в КЭД представляет собой чисто академический интерес по следующей причине. Роль «гобсов» играет постоянная тонкой структуры α ≈ 1/137, а масштаб Ландау для КЭД оценивается как e = 286, что значительно превышает любые энергетические масштабы, имеющие отношение к наблюдаемой физике. Для сравнения, максимальные энергии, достижимые на Большом адронном коллайдере, составляют порядка e = 13, в то время как масштаб Планка, при котором становится важной квантовая гравитация и может быть поставлена под вопрос применимость квантовой теории поля, равен e = 28. Бозон Хиггса в Стандартной модели физики частиц описывается φ⁴-теорией (см. Квартичное взаимодействие). Если последняя имеет полюс Ландау, то этот факт используется для установления «границы тривиальности» на массу Хиггса. Эта граница зависит от масштаба, при котором предполагается появление новой физики, и от максимального допустимого значения квартичной связи (её физическое значение неизвестно). Для больших констант связи требуются непертурбативные методы. Расчеты на решетке также оказались полезными в этом контексте.