вакуумный конденсат

ВАКУУМНЫЙ КОНДЕНСАТ - ненулевое вакуумное среднее к--л. локального оператора поля. Представление о В. к.- одно из центральных в совр. теориях злектрослабого взаимодействия и сильного взаимодействия - квантовой хромодинамике (KХД). Употребление слова "конденсат" связано с картиной, согласно к-рой вакуумное, или низшее по энергии, состояние следует представлять не в виде "пустого" пространства, а как своеобразную среду флуктуирующих с большой амплитудой полей. Часто обсуждают, напр., такие отличные от нуля вакуумные средние:

где - скалярное поле (Хиггса поле), и и d - поля и- и d-кварков (черта над и, d означает дираковское сопряжение; см. Дирака поле), - тензор напряжённости калибровочного векторного глюонного поля в КХД (, v=O, 1, 2, 3 - лоренцовы индексы, а= 1, ...,8 - цветовой индекс; по дважды встречающимся индексам производится суммирование). Соответственно говорят о В. к. скалярного поля, кварковом и глюонном В. к. Первый обсуждается в теории электрослабого взаимодействия, последние - в КХД.

С теоретич. точки зрения особый интерес представляет случай спонтанного нарушения симметрии, когда симметрия В. к. ниже, чем симметрия исходного лагранжиана. В этом случае спектр наблюдаемых частиц не обладает полной симметрией исходного лагранжиана. Напр., лагранжиан электрослабого взаимодействия обладает симметрией относительно поворотов в изотопич. пространстве. Волновые ф-ции фотона и промежуточного векторного бозона переходят друг в друга при таких поворотах. Однако массы этих частиц сильно различаются. Причиной служит отличное от нуля вакуумное среднее хиггсовского поля, к-рое и выделяет определ. направление в изотопич. пространстве. Ввиду того что поля описываются размерными величинами, В. к. вносят определённые массовые масштабы. Симметрия исходного лагранжиана восстанавливается в наблюдаемых амплитудах процессов только при энергиях (точнее, переданных 4-импульсах), много больших этого масштаба.

Феноменологич. следствия из существования В. к. наиб. подробно изучены в КХД. В пределе нулевых масс и- и d-кварков исходный лагранжиан в КХД инвариантен относительно изотопич. вращении с изменением чётности:

где -Паули матрицы, действующие в изотопич. пространстве и- и d-кварков, -параметры поворота (= 1, 2, 3), -Дирака матрица в спиновом пространстве. Однако экспериментально вырождения по чётности масс низших, невозбуждённых резонансов (в к-рых составляющие кварки находятся в S-состоянии) не наблюдается. Причина этого - существование кваркового В. к., , к-рый не инвариантен относительно вращений (2). Один из результатов такого нарушения симметрии - появление -мезона, масса к-рого исчезает в пределе равных нулю масс кварков. Поэтому свойства пиона связаны со свойствами В. к. В частности,

где -константа -распада, определяющая вероятность (ширину Г) распада:

( 93 MaB), т_а, m_d - массы и- и d-кварков, - масса пиона, -масса мюона, G_F-фермиевская константа слабого взаимодействия, -Kабuббo угол.

КХД позволяет получить и др. соотношения, связывающие В. к. с наблюдаемыми величинами. Напр.,

где M² - бегущий параметр размерности квадрата энергии, - отношение сечения аннигиляции пары в адроны с полным изотопич. спином I=1 и полной энергиейк сечению аннигиляции в :

,

- эффективный заряд в КХД. В левой части (5) осн. вклад в интеграл даёт область энергий s~М². При больших s значение R близко к константе ( ), а в правой части члены с В. к. несущественны. При малых М² усиливается вклад низких энергий, т. е. область резонансов, и возрастает роль членов с В. к. T. о., удаётся проследить связь между свойствами резонансов и В. к. и качественно и количественно объяснить многие наблюдаемые особенности спектра масс мезонов и барионов.

Хотя представление о В. к. стало неотъемлемой частью совр. теорий, существуют основания полагать, что включение в рассмотрение гравитации приводит к серьёзной проблеме. Согласно принципу эквивалентности, энергия вакуума гравитирует и входит поэтому в ур-ния общей теории относительности. Ограничение же на плотность энергии вакуума, к-рое получается из опыта, оказывается на много порядков (примерно в 10⁴⁶ раз) меньше энергии, связанной, напр., с глюонным конденсатом. Механизм уменьшения плотности энергии вакуума неизвестен.

Лит.: Коулмен С., Тайная симметрия: введение в теорию спонтанного нарушения симметрии и калибровочных полей, в кн.: Квантовая теория калибровочных полей, пер. с англ., M., 1977; Вайнштейн А. И. и др.. Квантовая хромодинамика и масштабы адронных масс, "ЭЧАЯ", 1982, т. 13, с. 542. В. И. Захаров.

   <<      Предметный указатель      >>