58.Глюондар. Түстік заряд туралы ұғым.

Кванттық хромодинамикада, кванттық электродинамикадағы сияқты, кварктар өзара әсерлесу өрісінің кванттарын алмастыру арқылы әсерлеседі деп есептеледі. Ол әсерлесу кванттары глюондар деп аталады. Кванттық хромодинамиканың кванттық электродинамикадан айырмашылығы- кварктық Дирак өрісінің үш түстік күйінің болатындығы мен ол күйлердің біреуінің екіншісі арқылы түстік кеңістікте түрлене алатындығы. Осыдан кварктардың өзара әсерлесулерін қамтамасыз ететін мөлшерлегіш векторлық Янг-Миллс өрісінің 8 түрі болуы тиіс. Бұл глюондардың да 8 түстік түрі болады деген сөз. Демек, кварктар глюондық өріспен әсерлесу кезінде түсін өзгертеді, түсті глюондар шығарады. Сөйтіп, глюондық өріске түс (түстік заряд) тән. Электромагниттік өрістің кванты-фотон ақиқат бейтарап (ешқандай заряды жоқ, барлық зарядтары нөлге тең) бөлшек екенін ескерте кетейік. Мөлшерлегіш симметрияны қамтамасыз ету үшін, глюондар массасыз (массасы нөлге тең) векторлық () бозон болулары керек. Глюондық өріске түс тән болғандықтан, ол өзі тағы жаңа глюондық өріс туғыза алады және глюондық өрістер өзара әсерлеседі. Осыған байланысты глюондық өрістердің теңдеулері сызықтық емес болады. Осылардың нәтижесінде кванттық хромодинамиканың Фейнман диаграммаларында кәдімгі кварк-глюондық төбемен қатар, үш глюондық, төрт глюондық төбелер пайда болады. (13.10-сурет) Үш глюондық түйін глюонның глюон шығаруына сәйкес келсе, төртглюондық түйін глюонаралық әсерлесуді сипаттайды.

Кванттық хромодинамикада глюондардың өз өрісімен әсерлесуінен асимптотикалық еркіндік деген тамаша эффект туады. Кванттық электродинамикада вакуумның полярлануы салдарынан заряд қалқаланып, әсерлесулердің эффективтік тұрақтысы жақын қашықтықтар үшін артады. Кванттық хромодинамикада, керісінше, глюондардың өздік әсерлесулері антиқалқандалуға, жақын қашықтықтарда (берілген к - импульстардың үлкен мәндері кезінде) күшті әсерлесулердің эффектілік тұрақтысының кемуін береді. Осыдан, адрондардың ішіндегі ара қашықтықтары аз кварктар өзара әсерлеспей дерлік, еркін бөлшектер сияқты сезіледі. Керісінше, қашықтық өскендекүрт өсіп, сипаттықүшін (-пионның массасы)ұйытқу теориясын пайдалану мүмкін болмайтындай мәнге дейін өседі. Одан үлкенірек адрондардың мөлшерлерімен шамалас қашықтықтарда бұл күштер шексіз үлкен болады. Осыдан кварктар бір-бірінен үлкен қашықтыққа дейін алыстай алмайды. Түсті кварктар адрондарға қамалған сияқты болады. Бұл құбылыс конфаинмент-ұшып шықпау, инфрақызыл арқандау (түстік тұтқындау) деп аталады. Мысал үшін мезонның құрамындағы кварк-антикварктыққосақты қарастырайық. Салыстырмалы жақын ара қашықтықтар кезіндекварк пен антикварк өздерін кулондық сияқты түстік зарядтық күштермен осал байланысқан бөлшектер сияқты көрсетеді (13.11-а сурет). Қашықтықөскенде түстік зарядтық күштер ішек түріне созылады (13.11-б сурет). Кванттық хромодинамикалық вакуум түстік зарядтық өрісті теуіп, оны ішек пішінін қабылдауға мәжбүр етеді (13.11-б сурет). Осының нәтижесінде кварктар арасындағы күштер бірөлшемдік сипат қабылдап, олар серпімді резинка жіппен немесе ішекпен жалғанған сияқты болады. Ішек керілмесе бөлшектер өздерін еркін бөлшектер сияқты сезеді. Қашықтық өсіп, ішек керілген сайын, оларға әсер ететін күш те артады. Кварктарды шектен тыс қашықтатқан кезде, кварк аралық тарту күштері вакуумда кварк-антикварк түзуге жетеді. Жаңадан пайда болған кварк пен антикварк алғашқылармен қосылып, екі кәдімгі түссіз адрондар құрады. (13.11-в сурет) Сөйтіп, еркін кварк алу мақсатымен, адрондарды энергиясы қандай жоғары бөлшектермен атқыласада, нәтижесінде кварктардың байланысқан түссіз күйлері-адрондар ғана бақыланады. Конфайнмент (тұтқындалу) құбылысының мәні осыда.Адрондардың кварк-глюондық құрылымы мен кванттық хромодинамиканың тұжырымдамаларының куәсі болатын құбылыстардың ең маңыздысы-жоғары энергиялы қоллайдерлердегі электрон мен позитронның адрондарға аннигиляциясы деуге болады. Оны тәжірибелік бақылаулардың нәтижелері мынадай: пайда болған адрондар екі немесе үш ақпаларға топталады. Екі ақпалы жағдайларда ақпалардың таралу бағыттары, соқтығысатын бөлшектердің массалар центрі жүйесінде, қарама-қарсы. Олардың орташа зарядтарының мөлшерлері бірдей, таңбалары қарама-қарсы. Ақпаларға кіретін бөлшектердің шашырау бұрыштары мардымсыз, яғни, олардың орташа көлденең импульстары бойлық импульстарынан әлдеқайда кіші және энергияға тәуелсіз дерлік. Сонымен қатар, бойлық орташа импульс энергияға пропорционал. Сөйтіп, бөлшектердің орташа шашырау ашасы энергия өскенде кемиді.Жоғары энергиялар (E=216ГэВ) кезінде пайда болатын ақпарларға әртүрлі жуандық тән. Жуан ақпаның орташа көлденең импульсы, жіңішкенікінен үлкенірек және энергия артқанда артады. Демек, жуан ақпа энергия артқанда қаттырақ ісінеді. Кейде үш ақпалы құбылыстар бақыланады. Кванттық хромодинамика бұл нәтижелерді былайша түсіндіреді (13.12-сурет).

13.12-сурет

Егер соқтығысатын бөлшектердің энергиялары жеткілікті () болса, онда электрон-позитрондық аннигиляциядан пайда болған гамма-кванттан кварк-антикварк қосағы түзіледі. Осы кварк пен антикварктың өзара алыстауынан тұған энергияның өсуі вакуумда жаңа кварк-антикварк қосақтарын түзеді де, олар бірінші кварк пен антикварктың ұшу бағыттарында таралатын адрондар ақпаларын түзеді. Пайда болған ақпаның құрамындағы адрондардың орташа электр заряды кварктың немесе антикварктың электр зарядына тең болуы тиіс:. Одан да жоғарырақ энергиялар (Е30ГэВ) кездерінде түзілген кварктар тежеулік глюондар шығаруы мүмкін. Бұл жағдайда реакция арнасымен өтеді. Электродинамикадағы сияқты, глюон оны шығарған кварктың бағытымен кішкене (<</2) бұрыш жасайтын бағытта таралуы тиіс.