Направление подготовки 011200.68 Физика
ОП – Теоретическая физика
г. Владивосток
2013
Основная литература
В.А.Рубаков. Классические калибровочные поля: бозонные поля. М.: КомКнига, 2005. – 296 с. - http://bib.tiera.ru/b/104698
В.А.Рубаков. Классические калибровочные поля: Теория с фермионами, Неоммутативные теории. М.: КомКнига, 2005, - 240с. - http://bib.tiera.ru/b/110079
Greiner W., Schramm S., Stein E. Quantum chromodynamics. 3ed., Springer, 2007. –
Препарата Дж. Реалистическая квантовая физика. М.: Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2005, 124 с. - http://nuclphys.sinp.msu.ru/books/ft/preparata.djvu
Зи Э. Квантовая теория поля в двух словах. – М.: Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2009. – 632 с. - http://www.ph4s.ru/books/kvanty/zi.rar
Дополнительная литература
Пескин М.Е., Шрёдер Д.В. Введение в квантовую теорию поля. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 784 с.
Райдер Л. Квантовая теория поля. – Волгоград: «Платон», 1998. – 511 с.
Поляков А.М. Калибровочные поля и струны. – Ижевск: Издательский дом «Удмуртский университет», 1999. – 312 с.
Хуанг К. Кварки, лептоны и калибровочные поля. – Москва: Мир, 1985. – 382 с.
Ченг Т.-П., Ли Л.-Ф. Калибровочные теории в физике элементарных частиц. – Москва: Мир, 1987. – 644 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
<Школа естественных наук ДВФУ>
ГЛОССАРИЙ
по дисциплине «Квантовая хромодинамика»
Направление подготовки 011200.68 Физика
ОП – Теоретическая физика
г. Владивосток
2013
Адроны - частицы (барионы и мезоны), участвующие в сильных взаимодействиях.
Альфа-распад - радиоактивный распад атомных ядер, когда испускается альфа-частица, при этом заряд ядра уменьшается на 2 единицы, массовое число - на 4.
Альфа-частица - ядро атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов.
Антинейтрино - античастица нейтрино, отличающаяся от него знаком лептонного заряда и спиральностью.
Античастицы - отличаются от соответствующих частиц знаками электрического заряда, магнитного момента, барионного или лептонного заряда и странности (или, в случае, например, очарованного кварка, знаками очарования).
Ароматы кварков - типы кварков. Имеется шесть ароматов - верхний, нижний, странный, очарованный, красивый и высший, еще не обнаруженный на опыте.
Асимптотическая свобода - свойство некоторых теорий сильных взаимодействий, состоящее в том, что силы между частицами убывают на малых расстояниях.
Барионный заряд (бирионное число) - одна из внутренних характеристик барионов. У всех барионов барионный заряд +1, у антибармоиов -1, у остальных частиц 0.
Барионы - сильновзаимодействующие частицы с полуцелым спином.
Безразмерные величины - величины, не зависящие от выбора единиц измерения. Так, численное значение длины стола зависит от выбора единицы длины, отношение же длины к ширине - величина безразмерная.
Бета-распад - радиоактивное превращение ядер, сопровождающееся испусканием электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино.
Близкодействие - представление, согласно которому взаимодействие между удаленными телами осуществляется с помощью среды или каких-то других промежуточных звеньев, передающих взаимодействие от точки к точке с конечной скоростью.
Больцмана постоянная - физическая постоянная к, равная отношению универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро N:k= 1,38-10-23 дж/К (Л. Больцман, 1872).
Бора постулаты - основные допущения в теории атома Нильса Бора (1913). Они устанавливают правила определения стационарных состояний атома, соответствующих фиксированным значениям его внутренней энергии. Частоты излучения связаны с разностью энергий стационарных состояний соотношением ипт = (Еп- Em)/h.
Де Бройля формула - любой частице с энергией Е и импульсом р соответствует волна («волна де Бройля») с длиной Я=2яЬ/р и с частотой со = Е/п (Л. де Бройль, 1923).
Вакуум - физическое пустое пространство. В квантовой теории поля - наинизшее энергетическое состояние квантового поля. Среднее число частиц в вакууме равно нулю, но в нем происходит рождение и исчезновение виртуальных частиц, влияющих на физические процессы.
Вектор - отрезок определенной длины и направления. Векторами изображают «векторные величины» - силу, скорость, электрическое поле…
Векторный потенциал - вспомогательная величина, градиенты которой определяют электрические и магнитные поля в каждой точ-
Великое объединение - попытка единого объяснения электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий.
Виртуальные частицы - в квантовой теории поля частицы, возникающие на короткое время. Взаимодействие между частицами возникает в результате обмена различными виртуальными частицами.
Внутренние симметрии - симметрии, характеризующие свойства полей, частиц ил.1 явлений, не связанные с преобразованием пространственных координат, как например изотопическая симметрия.
Волновая механика - см. «квантовая механика».
Волновая функция -¦ в квантовой механике основная величина, описывающая состояние системы и позволяющая находить вероятности и средние значения физических величин.
Волновой вектор - вектор, направленный вдоль скорости волны, величина которого к=2лД, где X - длина волны.
Гамма-квант - фотон большой энергии. Возникает при квантовых переходах в атомных ядрах и в реакциях элементарных частиц.
Глобальные симметрии - симметрии, которым соответствуют операции, не зависящие от пространственной точки, например, когда во всем пространстве происходит одинаковый сдвиг или поворот.
Глюодинамика - теория взаимодействующих между собой, в отсутствие кварков, глюонных полей. Рассматривается как ступень к изучению хромодинамики.
Глюонное поле - поле, осуществляющее взаимодействие между кварками и удерживающее их внутри адронов.
Глюон - квант одного из восьми глюонных полей, как и фотон, имеет массу 0 и спин 1.
Гравитация - универсальное притяжение между всеми телами. Гравитационное притяжение пропорционально произведению полных энергий взаимодействующих частиц (а не их массе - фотон, имеющий массу, равную 0, отклоняется гравитационным полем Солнца).
Градиент (какой-либо величины) - вектор, характеризующий изменения этой величины при перемещении в заданном направлении. Определяется как разность значений величины в двух близких точках, выбранных вдоль заданного направления, деленная на расстояние между этими точками.
Графики Фейнмана (диаграммы) - способ получать соотношения между величинами с помощью рисунков, которые иллюстрируют рассматриваемые процессы и расшифровываются в конце работы (Р. Фейнман, 1949).
Дальнодействие - представление, согласно которому действие тел друг на друга передается на расстоянии без участия среды.
Дирака уравнение - квантовомеханическое уравнение, описывающее частицы со спином 1/2 - электроны, позитроны, мюоны, кварки, удовлетворяющее требованиям теории относительности (П. Дирак, 1928).
Дифракция - отклонение световых лучей при прохождении мимо препятствия, обусловленное волновой природой света.
Длина волны - расстояние между волновыми гребнями волнового процесса.
Дополнительности принцип - необходимость описывать свойства квантовых объектов на классическом языке измерительных приборов приводит ко многим парадоксам. Согласно принципу дополнительности, сформулированному Нильсом Бором (1927), разрешение этих парадоксов - в дополнительности классического описания и квантовых свойств микрообъектов. В зависимости от условий измерений электрон выступает либо как волна, либо как частица. Определение траектории частицы маскирует ее волновые свойства. Опыт, проявляющий интерференцию, оставляет неопределенной траекторию. Классическое описание и волновые свойства дополнительны друг другу.
Дуализм волн-частиц - см. «корпуокулярно-волновой дуализм».
Законы сохранения - некоторые физические величины не изменяются с течением времени при различных процессах - закон сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда…
Зарядово-зеркальная симметрия - инвариантность законов природы относительно зеркального отражения и одновременного изменения зарядов на обратные.
Зеркальная симметрия - приближенная инвариантность большинства законов природы относительно зеркального отражения. Грубое нарушение этой симметрии происходит только при переходах, вызванных слабыми взаимодействиями. При химических превращениях, когда возникают зеркально асимметричные молекулы, как правая и левая рука, число образующихся правых молекул равняется числу левых.
Изоспин (изотопический спин) - внутренняя характеристика адронов, определяющая число частиц п с близкими свойствами: п = 21+1, где I ¦- изоспин.
Изотопическая инвариантность сильных взаимодействий - независимость сильных взаимодействий от электрического заряда частиц, имеющих заданный изотопический спин.
Изотропность пространства - независимость свойств пространства от направления.
Импульс - см. «количество движения».
Инвариантность - неизменность величины при изменении физических условий или при каких-либо преобразованиях, например при преобразованиях координат и времени при переходе от одной системы отсчета к другой.
Интерференция - взаимодействие волн, идущих разными путями от одного источника. В местах, где фазы колебаний совпадают, происходит усиление колебаний, а там, где фазы противоположны, колебания поглощают друг друга.
Калибровочная инвариантность - инвариантность электродинамических явлений при изменениях векторного потенциала, сохраняющих величину и направление электрического и магнитного полей в каждой точке. Это локальная симметрия, обеспечивающая, в частности, закон Кулона.
Квант - порция энергии электромагнитного поля.
Квантование вращения - применение квантовой механики к вращающемуся телу приводит к тому, что момент количества движения и его проекции на какую-либо ось могут изменяться дискретными порциями, равными п.
Квантовая механика (волновая механика) - теория, описывающая законы рассеяния и движения микрочастиц во внешних полях. Ее отличительные черты - вероятностный характер предсказания результатов некоторых измерений и дискретность возможных значений физических величин - энергии электрона в атоме, момента количества движения и его проекции на произвольное направление… Квантовая механика впервые позволила понять структуру атомов и их спектры, природу химической связи; объяснить периодическую систему элементов; позволила понять сверхпроводимость, сверхтекучесть… На ее основе строится теория атомного ядра.
Квантовая электродинамика - квантовая теория электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами. Описывает все виды взаимодействия излучения с веществом и электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами.
Квантовые числа - числа, характеризующие состояния или внутренние свойства частиц - момент, заряд, энергию…
Кварки - частицы, из которых состоят адроны. Спин кварков 1/2, электрический заряд 2/3 и -1/3, барионный заряд 1/3. Мезоны состоят из кварка и аитикварка, а барионы - из трех кварков. Предполагается существование шести типов - ароматов - кварков н соответствующих антикварков. Каждая из этих частиц может находиться в одном из трех цветных состояний.
К-мезоны (каоны) - частицы со странностью с нулевым спином и массой около 970 электронных. Имеются два заряженных и два нейтральных К-мезона.
Количество движения (импульс) - мера механического движения, равная для материальной точки произведению ее массы на скорость, векторная величина, направленная так же, как и скорость точки.
Коллапс звезды - катастрофически быстрое сжатие звезды под действием гравитационных сил.
Кориолиса ускорение - ускорение, возникающее при переходе в систему координат, вращающуюся вместе с Землей.
Корпускулярно-волновой дуализм - представление о том, что любые микрообъекты материи (фотоны, электроны, протоны, атомы и др.) обладают свойствами и частиц и волн. Квантовая механика снимает это противоречие. В зависимости от характера измерений проявляются либо те, либо другие свойства квантовых объектов.
Лептоны - элементарные частицы со спином 1/2, не участвующие в сильном взаимодействии. Существуют три заряженных лепто-на: электрон е-, мюон ц- н тритон т- н три нейтральных: электронное нейтрино ve, мюониое нейтрино vu. н тау-нейтрино ч-..
Лептонный заряд - если приписать лептоиам некоторое квантовое число - лептонный заряд, равный +1, а всем антилепто-нам - лептонный заряд, равный -1, то так определенный лептонный заряд сохраняется во всех известных процессах.
Локальная симметрия - инвариантность законов природы относительно сдвигов, поворотов или других преобразований (см. «калибровочная инвариантность»), различных в разных пространственно-временных точках.
Майкельсона опыт - доказал независимость скорости света от движения Земли (1881).
Мезоны - адроны с целым спином, не имеющие барионного заряда (р-мезоны, К-мезоны, я-мезоны н др.), состоят из кварка и антикварка.
Наблюдаемости принцип - принцип, согласно которому в науку нельзя вводить принципиально ненаблюдаемые величины.
Нейтрино - стабильная незаряженная частица со спином 1/2, с нулевой или близкой к нулю массой, лептон, участвует только^ в слабых и гравитационном взаимодействиях, существует 3 типа нейтрино (см. «лептоны»).
Нейтронная звезда - звезда, центральная часть которой состоит из нейтронов (см. «пульсары»).
Неопределенности принцип - фундаментальный принцип квантовой теории, согласно которому некоторые («дополнительные») величины, например координата и импульс, не могут одновременно иметь определенные значения. Для координаты q и для импульса р произведение неопределенностей больше или равно 2яп (Гейзенберг, 1927).
Неупругое рассеяние - процесс столкновения, при котором передается энергия, изменяется внутреннее состояние частиц, образуются новые частицы.
Нуклон - общее название нейтрона и протона.
Нулевые колебания - колебания координаты и скорости осциллятора в основном состоянии, колебания в вакууме полей, описывающих частицы (рождение и исчезновение виртуальных частиц).
Основное состояние квантовомеханической системы - состояние с наименьшей энергией.
Осциллятор - система, колеблющаяся около положения равновесия.
Параметр порядка - величина, характеризующая изменение симметрии вещества до и после фазового перехода.
Паули запрет (принцип) - две или более тождественные частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии (В. Паули, 1925).
Период колебаний - наименьший промежуток времени, через который система возвращается к исходному состоянию.
Пи-мезоны (пионы) - положительный, отрицательный и нейтральный адроны с нулевым спином и нулевой странностью, с массой около 270 электронных.
Пионная конденсация - перестройка вакуума под действием электрического поля или в нуклонной среде с образованием дополнительного пионного поля - «конденсата».
Пионная степень свободы - ветвь возбуждений ядра с квантовыми числами пиона.
Планка постоянная - основная постоянная квантовой теории. Определяет возможные порции энергии осциллятора частоты а›: E=(n+l/2)ho) (h= 1,055- 10-" эрг-с).
Планковская длина (Р) - длина, на которой квантовые нулевые колебания гравитационного поля полностью искажают евклидову геометрию (Р = 2-10-33 см).
Потенциальная яма - область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне ее.
Причинности принцип - принцип, согласно которому причина предшествует следствию.
Пространства-времени симметрия - инвариантность явлений природы относительно сдвигов, поворотов и отражений в четырехмерном пространстве-времени.
Пси-функция - см. «волновая функция».
Пульсар - космический источник периодических импульсов
(пульсаций) электромагнитного излучения. Отождествляется с нейтронной звездой, вращающейся с периодом пульсаций.
Размерность - выражение, устанавливающее связь физической величины с величинами, положенными в основу физической системы единиц. Так, размерность скорости есть длина, деленная на время. Показывает, как изменяется величина прн изменении системы единиц. Независимость физических законов от выбора единиц измерения проявляется в том, что все слагаемые физических уравнений имеют одинаковую размерность.
Расширение Вселенной - согласно космологической теории Эйнштейна Вселенная расширяется (решение А. Фридмана, 1922). Это предсказание подтвердилось астрономическими наблюдениями - звездные скопления разбегаются (Э. Хеббл, 1923) в результате взрыва сверхплотной материи, который произошел приблизительно 20 миллиардов лет назад. Особенно убедительное подтверждение эта картина получила после открытия реликтового излучения.
Резонансы - адроны, которые могут распадаться за счет сильного взаимодействия и поэтому живут очень недолго:
Реликтовое излучение - электромагнитное излучение, оставшееся от того времени, когда Вселенная была сверхплотной, и охладившееся из-за расширения Вселенной.
Рэлея-Джинса катастрофа - физический парадокс - применение статистической физики к стоячим электромагнитным волнам в ящике приводит к бесконечной энергии волн. Разрешение парадокса привело М. Планка (1900) к идее о скачкообразном изменении энергии осцилляторов, излучающих электромагнитные волны. Так впервые появилась величина h - постоянная Планка.
Рэлея закон - интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны, благодаря чему голубые лучи рассеиваются сильнее, чем красные, что объясняет голубой цвет неба (1871).
Сверхновые - внезапно вспыхивающие звезды с колоссальной энергией излучения. Сверхновые в течение нескольких месяцев излучают столько же энергии, сколько целая Галактика. Один из механизмов образования сверхновой состоит в том, что в результате гравитационного сжатия центральная часть звезды превращается в нейтронную звезду, а вещество внешних слоев выбрасывается со скоростью в несколько тысяч километров в секунду.
Сверхпроводимость - возникает у некоторых металлов (сверхпроводников) при охлаждении их ниже критической температуры и состоит в обращении в нуль электрического сопротивления и в выталкивании магнитного поля из объема образца. Открыта X. Кам-мерлинг-Оннесом (1911).
Сверхтекучесть - свойство квантовой жидкости протекать без внутреннего трения через узкие щели, капилляры и т. п.; связана с переходом части атомов жидкости в состояние с нулевым импульсом. Открыта П. Л. Капицей в жидком гелии (1937).
Связанное состояние - например, частицы в потенциальной яме - состояние с энергией, меньшей, чем энергия покоящейся частицы вне ямы. Энергия, которую нужно сообщить частице, чтобы ее освободить, называется энергией связи.
Сечение рассеяния - число рассеянных за единицу времени частиц, деленное на плотность падающего на мишень потока. Сечение рассеяния характеризует площадь, затененную рассеивающей частицей.
Рассеяние - проходя через вещество, частицы рассеиваются атомами или ядрами среды. Взаимодействие частиц со средой характеризуется числом частиц, рассеянных под заданным углом, деленным на единицу падающего потока частиц. Зная число атомов в единице объема вещества, можно сосчитать сечение отдельного атома или ядра, соответствующее заданному углу рассеяния.
Сильное взаимодействие - самое сильное из фундаментальных взаимодействий элементарных частиц, превосходит электромагнитное примерно в 100 раз, радиус действия 10-13 см. В сильном взаимодействии участвуют адроны.
Симметрия - инвариантность физических объектов относительно каких-либо преобразований, например относительно сдвигов и поворотов системы координат.
Скаляр - величина, не изменяющаяся при поворотах системы координат.
Слабое взаимодействие - одно из фундаментальных взаимодействий, в котором участвуют все элементарные частицы; обусловливает большинство распадов (слабые распады) элементарных частиц, взаимодействия нейтрино с веществом и др. В слабом взаимодействии нарушается пространственная четность (зеркальная симметрия) и временная обратимость.
Соответствия принцип - принцип, согласно которому теория должна переходить в предшествующую, менее общую, в тех условиях, прн которых эта предшествующая была установлена.
Спин - собственный момент количества движения частицы, не связанный с движением частицы как целого, измеряется в единицах постоянной Планка h и может быть целым или полуцелым.
Спинор - величина, изменяющаяся по определенному закону при повороте системы координат. Из спинорных величин можно составить квадратичное выражение, ие изменяющееся при поворотах (скаляр), а также величину, изменяющуюся как вектор.
Спиральность - проекция спина частицы на направление движения. Если спин направлен против движения частицы, спиральность отрицательная («левая»); если по движению - спиральность положительная («правая»). У электрона спиральность может иметь разные значения в зависимости от условий эксперимента. У частиц с массой, равной нулю, спиральность имеет определенное значение: так, у нейтрино она отрицательная: нейтрино - «левая» частица, а антинейтрино - «правая».
Стационарное состояние - устойчивое состояние квантовоме-ханической системы, в котором все характеризующие систему физические величины ие зависят от времени.
Странность - целое (в частности, нулевое) положительное или отрицательное квантовое число, характеризующее адроны. Странность частиц и античастиц отличается по знаку. Странность нарушается в слабом взаимодействии.
Странные частицы - элементарные частицы с неравной нулю странностью (например, Н-барион, К-мезон и др.).
Тензорные величины - величины, которые преобразуются прн поворотах, как произведения векторов.
Тонкой структуры постоянная - определяет взаимодействие электрических зарядов с фотонами: a=e2/hc=l/137.
Фазовый переход - переход вещества из одного состояния в другое, отличающееся характером симметрии (параметром порядка). Например, переход жидкость-кристалл.
Ферми-поля - поля, описывающие частицы со спином 1/2.
Физо опыт - измерение скорости света в движущейся жидкости (1851).
Флуктуации - случайные отклонения физических величин от их средних значений, вызываемые тепловым движением или квантово-механической неопределенностью.
Фотон - квант электромагнитного поля, нейтральная элементарная частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами.
Фотоэффект - вырывание светом электронов из атома или протонов из ядра (ядерный фотоэффект).
Хромодинамика -¦ теория, описывающая динамику взаимодействующих глюонов и кварков.
Цвет - квантовое число, характеризующее цветовое состояние кварка.
Черная дыра - космический объект, образующийся при гравитационном коллапсе массивных звезд. Излучение черной дыры заперто гравитацией, обнаружить ее можно лишь по тяготению или по тормозному излучению газа, падающего извне.
Черное излучение - равновесное излучение внутри замкнутого ящика с нагретыми стенками.
Четность - квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции физической системы или элементарной частицы при зеркальном отражении; если при таком преобразовании волновая функция не меняет знака, четность положительна; если меняет - отрицательна.
Шрёдингера уравнение - основное уравнение нерелятивистской квантовой механики; позволяет определить возможные состояния системы, а также изменения состояния во времени (Э. Шрёдингер, 1926).
Электродинамика - описывает динамику электромагнитного поля, взаимодействующего с заряженными частицами.
Электромагнитное взаимодействие - взаимодействие заряженных частиц через электрические и магнитные поля. На квантовом уровне - взаимодействие за счет обмена виртуальными фотонами. Определяет силы между ядрами и электронами в атомах и молекулах, приводит к излучению и поглощению электромагнитных волн заряженными частицами.
Эфир - гипотетическая среда, вводившаяся в XVII-XIX веках для обозначения законов распространения света.
Янга-Миллса уравнения - уравнения, описывающие динамику глюонного поля.
Источники:
В.А.Рубаков. Классические калибровочные поля: бозонные поля. М.: КомКнига, 2005. – 296 с. - http://bib.tiera.ru/b/104698
В.А.Рубаков. Классические калибровочные поля: Теория с фермионами, Неоммутативные теории. М.: КомКнига, 2005, - 240с. - http://bib.tiera.ru/b/110079
Greiner W., Schramm S., Stein E. Quantum chromodynamics. 3ed., Springer, 2007. –
Препарата Дж. Реалистическая квантовая физика. М.: Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2005, 124 с. - http://nuclphys.sinp.msu.ru/books/ft/preparata.djvu
Зи Э. Квантовая теория поля в двух словах. – М.: Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2009. – 632 с. - http://www.ph4s.ru/books/kvanty/zi.rar
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
<Школа естественных наук ДВФУ>
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
по дисциплине «Квантовая хромодинамика»
Направление подготовки 011200.68 Физика
ОП – Теоретическая физика
г. Владивосток
2013
Ссылки на информацию в Интернет:
http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-851-strong-interactions-effective-field-theories-of-qcd-spring-2006/
http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-323-relativistic-quantum-field-theory-i-spring-2008/
|
