Как описать кварки в классической теории
Сегодня существует уже множество свидетельств существования кварков в качестве составляющих протонов, нейтронов и многих других элементарных частиц, но наблюдать сами кварки в свободном состоянии до сих пор никому не удавалось. Более того, это считается принципиально невозможным, а само явление удержания кварков называется термином «конфаймент». О новом подходе, предлагающем объяснение конфаймента с неожиданных позиций классической физики, на Гинзбурговской конференции рассказал Вячеслав Муханов, профессор мюнхенского университета Людвига-Максимиллиана и один из самых авторитетных специалистов в области теоретической физики.
Вячеслав Муханов: «Мне удалось показать, что множество явлений, которые потенциально являются квантовыми и трактуются с привлечением квантовой теории поля, можно объяснить и в классической физике. Просто взять нормальные, классические уравнения, начать их решать – и кучу всего открыть, чему приписывалось квантовое происхождение. Более того, эта теория, которую я рассматривал, оказывается еще и очень простой, не надо, например, никакие вакуумные флуктуации рассматривать. В результате, в классической теории это может оказаться существенным для понимания конфаймента»
Хронологически первое свидетельство существования кварков появилось после опытов по рассеянию электронов на протонах. В них было видно, что электроны взаимодействуют с протонами не как с целыми частицами, а рассеиваются на их неких отдельных составляющих. Подобных косвенных свидетельств стало вполне достаточно для развития представлений о кварках, фундаментальных частицах, запертых в крошечных объемах других элементарных частиц с радиусом в 10-15 м. По представлениям квантовой хромодинамики каждый кварк обладает определенным цветовым зарядом, а принципиально наблюдать в природе мы можем лишь бесцветные комбинации таких зарядов – например, протон состоит из «красного», «синего» и «зеленого» кварка. Однако на сегодняшний день в квантовой теории не существует однозначных расчетов, позволяющих описать это явление конфаймента и способных предсказывать какие-либо другие явления, как, например, методы квантовой теории позволяют рассчитывать электронные уровни атома водорода.
«Сейчас конфаймент, к сожалению, не понимается почти никак на фундаментальном уровне. Есть лишь некоторые представления о его природе, но все они обычно априорные. Вот люди хотят, чтобы так было, чтобы струны, например, отвечали за связь кварков в адронах, и все. А вывести из фундаментальной теории этого не удавалось и не удается. Так что пока конфаймент описывается квантовой хромодинамикой в терминах ренорм групп. И при высоких энергиях описывается даже хорошо. А вот в других случаях … Мы предлагаем сделать такой шаг, который поможет понять конфаймент в классических теориях и не отменить квантовые представления, что важно, а подтвердить их» – Вячеслав Муханов
В своем докладе на Гинзбуровской конференции Вячеслав Муханов как раз рассказал о последних его с коллегами работах в этом направлении. С подходов классической теории поля им удалось восстановить структуру ренорм групп и получить свидетельства некоторых чисто квантовых эффектов – конфаймента кварков и размерной трансмутации. Так, в режиме сильной связи было получено, что энергия изолированного внешнего цветного заряда положительна и бесконечна, а, значит, этот заряд не может существовать в таком асимптотически свободном состоянии. Энергия же диполя, составленного из противоположных зарядов оказывается положительной и, напротив, конечной. При этом с увеличением расстояния она бесконечно возрастает, что и объясняет связывание зарядов.
«Цветное состояние с бесконечной энергией – это еще только половина дела. Ведь теперь еще нужно предложить какое-то физическое описание тому, как бесцветные состояния возникают. Как мы с бесконечности, проделывая бесконечную работу, притаскиваем эти окрашенные кварки и составляем из них бесцветные элементарные частицы. Муханов сейчас очень увлечен этой темой и мы ждем новых результатов. При выводе он сделал много правдоподобных предположений, но все эти наблюдения еще нужно проверить – насколько они корректны и оправданны. И если он, так сказать, привлечет внимание сообщества к своим соображениям, то оно, конечно, проверит их уже детальными расчетами» – резюмирует Игорь Тютин, профессор и главный научный сотрудник отделения теоретической физики ФИАН.
Рисунок 1. Диполь или струна? В своем выступлении Вячеслав Муханов использовал аналогию с электрическим диполем (нижняя картинка). При этом поле двух противоположных электрических зарядов на большом расстоянии от них убывает слабо. В струнном же подходе поле обнаруживается только в определенной области (верхняя картинка, поле сильно убывает на больших расстояниях). По-видимому, более реальная картина может возникнуть в более сложных моделях, включающих, в частности, неабелевы янг-миллсовские поля.
М. Петров, АНИ «ФИАН-Информ»14.05.2013
