量子色动力学

✍ dations ◷ 2025-04-02 08:57:18 #量子色动力学
量子色动力学(英语:Quantum Chromodynamics,简称QCD)是一个描述夸克胶子之间强相互作用的标准动力学理论,它是粒子物理标准模型的一个基本组成部分。夸克是构成重子(质子、中子等)以及介子(π、K等)的基本单元,而胶子则传递夸克之间的相互作用,使它们相互结合,形成各种核子和介子,或者使它们相互分离,发生衰变等。多年来量子色动力学已经收集了庞大的实验证据。量子色动力学是非阿贝尔规范场论(即杨米尔斯规范场论)的一个成功运用,它所对应是非阿贝尔规范群的 S U ( 3 ) {displaystyle SU(3)} 群,群量子数被称为“颜色”或者“色荷”。每一种夸克有三种颜色,对应着 S U ( 3 ) {displaystyle SU(3)} 群的基本表示。胶子是强作用力的传播者,有八种,对应着 S U ( 3 ) {displaystyle SU(3)} 群的伴随表示。这个理论的动力学完全由它的 S U ( 3 ) {displaystyle SU(3)} 规范对称群决定。量子色动力学享有2种特有的属性:没有已知的相变线分开这两种属性;禁闭是在低能量尺度中占主导地位,但是,随着能量的增加,渐近自由成为主导。静态夸克模型建立之后,在重子质量谱和重子磁矩方面取得了巨大成功。但是,某些由一种夸克组成的粒子的存在,如 Δ + + , Ω − , Δ − {displaystyle Delta ^{++},Omega ^{-},Delta ^{-}} 等,与物理学的基本假设广义泡利原理矛盾。为解决这个问题,物理学家引入了颜色自由度,并且颜色最少有3种。这个时候颜色还只是引入的某种量子数,并没有被认为是动力学自由度。静态夸克模型建立之后,经历了十年左右的各种实验,都没有发现分数电荷的自旋 1 2 {displaystyle {frac {1}{2}}} 的夸克存在,物理学家被迫接受了夸克是禁闭在强子内部的现实。然而,美国的斯坦福直线加速器中心SLAC在七十年代初进行了一系列的轻强子深度非弹性散射实验,发现强子的结构函数具有比约肯无标度性(Bjorken Scaling)。为解释这个令人惊奇的结果,费曼由此提出了部分子模型,假设强子是由一簇自由的没有相互作用的部分子组成的,就可以自然的解释比约肯无标度性(Bjorken Scaling)。更细致的研究确认了部分子的自旋为 1 2 {displaystyle {frac {1}{2}}} ,并且具有分数电荷。部分子模型和静态夸克模型都取得了巨大成功,但是两个模型对强子结构的描述有严重的冲突,具体来讲就是夸克禁闭与部分子无相互作用之间的冲突。这个问题的真正解决要等到渐近自由的发现。格娄斯,韦尔切克和休·波利策的计算表明,非阿贝尔规范场论中夸克相互作用强度随能标的增加而减弱,部分子模型的成功正预示着存在 S U ( N ) {displaystyle SU(N)} 的规范相互作用,N自然的就解释为原先夸克模型中引入的新自由度--颜色。理论上,量子色动力学通过色荷定义局部对称性的SU(3)规范群的杨-米尔斯理论.拉氏密度为其中在反应过程有一个大的能标的时候,量子色动力学耦合常数 α s {displaystyle alpha _{s}} 小于1,可以将反应截面展开为 α s {displaystyle alpha _{s}} 的幂级数,这种处理量子色动力学的方法叫做微扰量子色动力学。微扰量子色动力学首先被应用到轻子强子深度非弹性散射,计算轻子部分子散射过程的高阶修正,成功解释了比约肯无标度性(Bjorken Scaling)因为能标的变化导致的微小破坏。这坚定了物理学家的信心,相信量子色动力学是描述强相互作用的正确理论。70到80年代微扰量子色动力学推广到其他各种高能反应过程,如 e + e − {displaystyle e^{+}e^{-}} 产生强子的反应,强子强子对撞产生双轻子过程,以及强子强子对撞产生大横动量强子的过程,所得结果与实验在许多个数量级的层次上是符合的。理论方面,微扰量子色动力学也有许多新的成果。为处理高阶修正 α s n {displaystyle alpha _{s}^{n}} 产生的发散(也就是高阶修正在某些情况下趋近于无穷大),人们发展了QCD因子化定理,将发散吸收到普适的部分子分布函数或者部分子碎裂函数中。人们利用计算机和符号计算软件,将微扰量子色动力学推进到3圈的精度,也就是 α s 3 {displaystyle alpha _{s}^{3}} 的修正。计算到这个精度,需要处理几万甚至几十万个费曼图,需要用高性能计算机,更重要的是高效率高智能的符号计算软件。这方面的进展,是人类通过机器扩展自己能力极限的惊人之作。在低能标下,强相互作用强度很强,微扰方法就失效了,迄今还没有切实有效的解析方法可以处理,而最为常见有效的还是通过肯尼斯·威尔逊等人提出的格点场论(英语:Lattice QCD)进行数值模拟来求解。

相关

  • 放射性放射性或辐射性是指某元素的放射性同位素从不稳定的原子核自发地放出射线(如α射线、β射线、γ射线等)而衰变形成另一种同位素(衰变产物),这种现象称为放射性。衰变时放出的能量
  • 泪腺泪腺又称泪泉,是泪器的一部分,位于眶上壁前外侧部的泪腺窝内。泪腺的功能是分泌泪液,它有10~20条排泄管开口于结膜上穹的外侧部。泪道
  • 丁丙诺啡丁丙诺啡(Buprenorphine)是一种用以治疗鸦片类物质成瘾(英语:opioid addiction)与急、慢性疼痛的药物,市面上则以速百腾(subutex)等名称贩售。此药可借由口腔黏膜吸收、液体注射或拿
  • 电量状态电量状态(充电程度,剩余电量)是指当前电池内所含电量,以百分比表示。100%即电池完全充满;反之,0%即电池完全放电。由于电量状态不能直接测量,通常是用下列方式来间接测量:这种方式只
  • 杜塞尔多夫机场杜塞尔多夫机场(德语:Flughafen Düsseldorf,IATA代码:DUS;ICAO代码:EDDL),是德国第三大机场,位于德国北莱茵-威斯特法伦州首府杜塞尔多夫,距离杜塞尔多夫市中心约8公里。该机场也是德
  • PRC (消歧义)PRC是中华人民共和国(英语:People's Republic of China)英文名称的缩写。PRC还有以下其他意思:
  • 狮门桥加拿大不列颠哥伦比亚省大温哥华地区 南端:温哥华 北端:狮门桥(Lions' Gate Bridge)是加拿大不列颠哥伦比亚省内一条悬索吊桥,横越布勒内湾的第一海峡,连接温哥华市中心及北岸市
  • 个人局域网个人局域网(英语:Personal Area Network,缩写为PAN),指个人范围(随身携带或数米之内)的计算设备(如计算机、电话、PDA、数字相机等)组成的通信网络。个人网即可用于这些设备之间互相
  • 海卫截至2014年6月,海王星已知拥有14颗天然卫星,这些卫星都是以希腊和罗马神话中的水神命名。其中最大的一颗仍然是威廉·拉塞尔在发现海王星之后仅17天,于1846年10月10日发现的海
  • 异嘌呤醇别嘌呤醇(英语:Allopurinol,又名别嘌醇、异嘌呤醇)是主治高尿酸血症(血浆中的尿酸浓度过高)及其并发症痛风病等的药物。别嘌呤醇是一种嘌呤类似物;它是次黄嘌呤(体内一种常见的嘌呤)