Изобретение нового прибора для регистрации частиц—пузырьковой камеры привело к открытию в начале 60-х годов целого сонма новых короткоживущих частиц. Теперь их уже известно свыше двухсот. Такое количество сильновзаимодействующих частиц само по себе поставило под сомнение вопрос об их элементарности.
Наступил кризис просуществовавшей века концепции элементарности, основанной на представлениях о материальных объектах все меньшего радиуса и меньшей массы. Действительно, согласно квантовой механике, размеры частицы соответствуют ее комптоновской длине волны l= 1/m. Так, для электрона l= 1/mе = 4×10-11 см, что на два порядка меньше размеров атома. Поэтому мы можем считать, что атом содержит в себе более мелкие частицы как по массе, так и по размерам — электроны. Это тем более относится и к ядру как составной части атома. Комптоновская длина волны нуклона l = l= 1/mр = 0,2×10-13 см, что также на порядок меньше размеров атомного ядра. Поэтому можно говорить, что ядро состоит из нуклонов.
Однако предположение о нуклоне, состоящем из частиц меньшего размера и меньшей массы, уже противоречит квантовой механике, так как если бы существовал барион меньшей массы т, то его размер l= 1/m был бы больше размера нуклона. Аналогичное рассуждение применительно и к другим элементарным частицам, например к пиону.
Таким образом, представления о наименьших размерах частицы и наименьшей массе стали несовместимы. Более того, становится возможным предположение о том, что адроны состоят из более тяжелых частиц меньшего размера, но настолько сильно связанных между собой, что потенциальная энергия их взаимодействия — большая отрицательная величина. Кандидатами на такие «кирпичики» материи стали кварки, о которых речь пойдет дальше.
Открытие к началу 60-х годов большого числа частиц сделало остро актуальной проблему спектра масс этих частиц. Для ее решения прежде всего надо было придумать разумную классификацию частиц. Ситуация в физике напоминала в миниатюре ситуацию в ботанике восемнадцатого столетия, когда требовалось упорядочить все известные факты о растениях. Физикам нужен был свой Карл Линней, чтобы классифицировать семейство элементарных частиц.
Наибольших успехов в классификации семейств частиц достигает в конце 50-х — начале 60-х годов американский физик Мюррей Гелл-Ман. Его классификация касается адронов и играет роль аналогичную той, которую сыграла таблица Менделеева для атомов.
Квантовая электродинамика — наука о взаимодействиях электронов с фотонами — породила самый замечательный метод расчета вероятностей, или сечений реакций с ядрами и элементарными частицами, — метод фейнмановских диаграмм, ставший важнейшим и в квантовой теории поля, описывающей динамику взаимодействия элементарных частиц.
До начала 40-х годов расчеты в квантовой электродинамике проводились путем решения временного уравнения Шредингера, не имеющего явно инвариантного вида (временная и пространственная координаты частиц, от которых зависит потенциальная энергия их взаимодействия, входили в уравнение независимым образом). Такая запись уравнения усложняла его решение: не было разработано достаточно простого способа его решения. Поэтому каждая задача, например рассеяние g-кванта на электроне или электрона на электроне, требовала решения исходного уравнения Шредингера и каждое решение получало имя своего автора.
После второй мировой войны физики-теоретики Юлиан Швингер, Ричард Фейнман и Синьитиро Томонага независимо друг от друга усовершенствовали запись временного уравнения Шредингера, записав его в явно релятивистски инвариантном виде. Оказалось, что способ записи его решения, или амплитуды рассеяния (см. начало этой главы), можно стандартизовать, автоматически записывая его в виде ряда для любой задачи рассеяния частиц в квантовой электродинамике. Математическому выражению для амплитуды оказалось возможным однозначно сопоставить графики, названные диаграммами Фейнмана.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.