19)Общее представление о квантовой теории поля.

Ква́нтовая тео́рия по́ля (КТП) — раздел физики, изучающий поведение квантовых систем с бесконечно большим числом степеней свободы — квантовых (или квантованных) полей; является теоретической основой описания микрочастиц, их взаимодействий и превращений. Именно на квантовой теории поля базируется вся физика высоких энергий, физика элементарных частиц и физика конденсированного состояния. Квантовая теория поля сейчас является единственной экспериментально подтверждённой теорией, способной описать и предсказать поведение элементарных частиц при высоких энергиях (то есть при энергиях, существенно превышающих их энергию покоя).

Математический аппарат КТП — гильбертово пространство состояний (пространство Фока) квантового поля и действующие в нём операторы. В отличие от квантовой механики, «частицы» как некие неуничтожимые элементарные объекты в КТП отсутствуют. Вместо этого основные объекты здесь — векторы фоковского пространства, описывающие всевозможные возбуждения квантового поля. Аналогом квантовомеханической волновой функции в КТП является полевой оператор (точнее, «поле» — это операторнозначная обобщённая функция, из которой только после свёртки с основной функцией получается оператор, действующий в гильбертовом пространстве состояний), способный действовать на вакуумный вектор фоковского пространства (см. вакуум) и порождать одночастичные возбуждения квантового поля. Физическим наблюдаемым здесь также соответствуют операторы, составленные из полевых операторов[стиль!].

Именно на квантовой теории поля базируется вся физика элементарных частиц.

При построении квантовой теории поля ключевым моментом было понимание сущности явления перенормировки.

Основное уравнение квантовой механики — уравнение Шрёдингера — является релятивистски неинвариантным, что видно из несимметричного вхождения времени и пространственных координат в уравнение. В 1926 году было предложено релятивистски инвариантное уравнение для свободной (безспиновой или с нулевым спином) частицы (уравнение Клейна — Гордона — Фока). Как известно, в классической механике (включая нерелятивистскую квантовую механику) энергия (кинетическая, поскольку потенциальная предполагается нулевой) и импульс свободной частицы связаны соотношением  . Релятивистское соотношение энергии и импульса имеет вид  .

20)Проблема, состояние, перспективы единого описания всех физических взаимодействий.

По этому параметру, все частицы подразделяются на классы

-барионы (тяжелый

-мизоны средний

-лептон легкий

вне этих трех классов остается фатон

Барионы и мизоны называют по признаку их участия в сильном взаимодействии называют адронами.

При характеристики частиц важнейшее значение придается тому типу взаимодействия в котором они участвуют.

Речь идет о сильном, слабом и электромагнитоном взаимодействиях, с учетом того что все частицы участвуют в гравитационном взаиможействии.

К барионом относятся протон, нейтрон, гипероны, а так же часть резонансов, то есть частиц, временных и промежуточных.

Из всех этих частиц. Стабильной частицой является лишь протон.

Все барионы являеются массы их больше массы протоны, а так называемый барионный заряд равен +1.

Барионы участвуют во всех типах взаимодейсвия. Мизоны не обладют барионном зарядом, являются бозонами, а так же не стабильными частицами. И еще подобно барионам, частицы участвуют во всех типах взаимодействий.

К липтонам относятся: электрон, мюон, нейтрино.

Мюоны являются фирмионами и не участвуют в сильных взаимодеействиях и обладают липтонным зарядом.

Особо следует выделить фатон, который по своим свойствам относится ни к клиптонам (ибо не обладает липтонным зарядам, ни к адроннам, так как не участвует в сильных взаимодействиях, его спин равен 1, а масса покая тождественно равна нулю.)

Если частица обладает не нулевым значением квантовых чисел, то у неё непременно есть двойник, то есть античсатица, с противоположными знаками квантовых чисел. У двойников одни и те же спина, иза спина масса, и время жизни. При встрече друг с другом частица и анти частица аннигилируют, то есть превращаются в чистую энергию.

В особый класс элеменатрых частиц выделяются кванты, переносчики взаимодействий: фатон (элекромагнитоное), DV+ИDV-, глююоны, гравитоны.

Особо выделяется класс гварков, то есть составных элементарных частиц, обладающих дробными велечиныами барионного электрического заряда. Все частицы участвующие в сильном взамодействии состоит из кварков.

Основные характеристики элементарных частиц

Частицыца	Тип частицы по спину	Взамоействие сильное	Лептонный заряд	Барионной заряд	слабое	электроманитное
фатон	базон	да	-	-	нет	да
липтон	фирмион	нет	есть	нет	да	да
мизон	базон	да	-	-	да	да
барион	фирмион	да	-	есть	да	да

Типы взаимодействия

В обычной жизни человек подвержен электроманитным и гравитационным силам. Соответсвенно эти силы известны нам давно. Их теоритическое описание, в конце концов , вылилось в классическую электродинамику Максвела. И общую теорию Энштеина.

Что касается сильных и слабых взаимодействий, они стали известны лишь в первой трети 20-ого века, в связми с изучением радиактивности и осмыслении бомбардировки атомов альфа частиц.

Соответсвующие рассуждения привели физику к убеждению что протоны и нейтрону находятсяв ядрах атомов буду очень сильно связаны друг с другом. Эти связи и есть так называемые сильные взаимодействия. С другой стороны, радиоактивные вещества испускают, альфа, бетта и гамма лучи.

Когда была созданна первая, достаточно адекватная эксперементальным даннам эксперементальным даннам теория, пришлось преположить не значительным по своим интенствиностям взаиможействия, котороые стали называть слабыми.

Соотноситительная сила различных типов взаимодействий зависит от энергии частиц и некоторых других факторов для нас не существенных, а так же меняется от отдной ситуации к другой. Что бы предствить его в более менеее отчетливорй форме подсчитывают силу взаимодействия двух протонов, а протоны участвуют во всех типах взаимодействиии в один гиго электрон вольт. В таком случае, для отношений интенсивности получается следующая пропорция:

сильное взаимодействие: электромагнитное взаимодействие = слабые грвитационные.

1: 10¯² * 10­¹º

Иначе говоря по своей интенсивност и электромагнитные взаимодействия уступают сильным в сто раз, слабые в 10 000 000 000 раз , гравитационные в 10³° раз.

По мере увелечения взамодействие убывает. Однако, две силы, электрамагнитные и гравитиционные уменьшаются плавно.

Принципиально по другому обстоят с сильными и слабами взаимодействиями которые ограничены очень малыми расстояниями. Их влияние за границами атомов остуствует. На растояниях соизмеримых с размерами атомов, господствуют электромагнитными силами, вляиние гравитационных ничтожно мало. В следвие этого, поведение электронов, а значит и химические связи определяются исключительно электромагнитных взаиможействий, и только в большом космическом мире начиная с планетных масшабов, господствующими и отвествекнными за структуру космоса, являются гравитационные взаимодействия.