Квантовые ступени микромира

• атом
• ядро
• нуклон;
• кварки
• (????????)
• (? ? ? ? ? ? ? ?)

Взаимодействия

Взаимодействия

В квантовой электродинамике взаимодействие двух зарядов сводится к испусканию фотона одним зарядом и поглощение его другим. Источником фотонов является электрический заряд. Фотон - квант электромагнитного поля.

Взаимоджействие между частицами осуществляется обменом виртуальной частицей - переносчиком взаимодействия. Для описания различных процессов с участием частиц используют диаграммы Фейнмана. На этих диаграммах линиям со свободными концами отвечают реальные частицы или ядра, а внутренним линиям - виртуальные частицы. Точка, в которой рождается и поглощается виртуальная частица, называется узлом диаграммы. Узлы диаграммы содержат основную информацию о процессе - типе фундаментального взаимодействия и его вероятности. Линиям виртуальных частиц сопоставляются функции распространения этих частиц, называемые пропагаторами. Пропагатор для частицы, перносящей взаимодействие и имеющей массу , равен , где q - четырехмерный импульс частицы. Пропагатор входит множителем в амплитуду вероятности процесса. Для того, чтобы рассчитать вероятность процесса, необходимо прежде всего нарисовать для него все возможные диаграммы, и вычислить амплитуду вероятности для каждой диаграммы. Полная вероятность процесса равна квадрату модуля суммарной амплитуды для всех возможных диаграмм. Диаграммы содержат алгоритм расчета амплитьуды процесса. Для простейших оценок достаточно помнить, что амплитуды вероятности испускания (поглощения) частицы пропорциональна , где - константа, характеризующая интенсивность взаимодействия ( называется константой связи). Для электромагнитного взаимодействия соответствующая константа . Для диаграмм с N узлами вероятность пропорциональна . Основная диаграмма рассеяния электрона на ядре с зарядом Ze выглядит следующим образом (направление времени слева направо):

Picture

Простешие диаграммы сильного, электромагнитного и слаього взаимодействий d- и u-кварков имеют вид

Picture

//96 Если взаимодействие двух частиц осуществляется путем обмена частицей массы m, то для радиуса взаимодействия a из соотношения неопределенности можно получить оценку

Потенциал такого взаимодействия (потенциал Юкавы) следующим образом зависит от расстояния r между частицами:

,

g - заряд, присущий данному взаимодействию (электрический - , сильный - , слабый - , гравитационный - ). Если квант поля (переносчик взаимодействия) имеет нулевую массу, то безразмерная константа взаимодействия связана с зарядом соотношением .

Модель Юкавы

Согласно модели Юкавы, механизм ядерного взаимодействия заключается в передаче виртуального мезона от одного нуклона к другому. Если масса виртуального мезона равна m, то из соотношения неопределенности для радиуса взаимодействия R можно получить оценку . Зависимоть потенциала взаимодействия (потенциала Юкавы) от расстояния между частицами имеет вид , где - константа сильного взаимодействия.

-мезоны - кванты нуклон-нуклонного взаимодействия

рассеяние

рассеяние

Нуклонные резонансы

В сечении сильновзаимодействующих частиц наблюдаются резонансы - коротко живущие возбужденные состояния адронов, распадающиеся в результате сильного взаимодействия. Характерное время жизни резонанса . Впервые резонансы наблюдались в сечении взаимодействия -мезонов с нуклонами. Масса резонансной частицы определяется из релятивистского инварианта , где и - полная энергия и полный импульс -мезона и нуклона. Максимумы в сечении рассеяния интерпретируются как появление нестабильной частицы - резонанса с вполне определенными квантовыми характеристиками - массой, зарядом, спинои, изоспином и др. Резонансы наблюдаются и во взаимодействии -мезонов.

Как наблюдять резонансы

1. Максимумы в сечении.
2. Восстановление инвариантной массы.

Время жизни резонанса