Цвет заряда

Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны )

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Март 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

В этой статье цитируются источники, но нет ссылок на страницы . Вы можете помочь улучшить его , добавив более точные цитаты. ( Март 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Стандартная модель в физике элементарных частиц
Элементарные частицы по стандартной модели
Фон Физика элементарных частиц Стандартная модель Квантовая теория поля Калибровочная теория Спонтанное нарушение симметрии Механизм Хиггса
Избиратели Электрослабое взаимодействие Квантовая хромодинамика Матрица СКМ Стандартная модель Математика
Ограничения Сильная проблема CP. Проблема иерархии. Осцилляции нейтрино. Физика за пределами стандартной модели.
Ученые Резерфорд · Томсон · Чадвик · Боз · Сударшан · Кошиба · Дэвис-младший · Андерсон · Ферми · Дирак · Фейнман · Руббиа · Гелл-Манн · Кендалл · Тейлор · Фридман · Пауэлл · П.У. Андерсон · Глэшоу · Илиопулос · Майани · Меер · Коуэн · Намбу · Чемберлен · Кабиббо · Шварц · Перл · Майорана · Вайнберг · Ли · Уорд · Салам · Кобаяши · Маскава · Ян · Юкава · 'т Хофт · Вельтман · Гросс · Политцер · Вильчек · Кронин · Фитч · Флек · Хиггс · Энглерт · Броут · Хаген · Гуральник · Киббл · Тинг · Рихтер
v т е

Цветной заряд - это свойство кварков и глюонов , которое связано с сильным взаимодействием частиц в теории квантовой хромодинамики (КХД).

«Цветовой заряд» кварков и глюонов совершенно не связан с повседневным значением цвета . Термин « цвет» и обозначения красного, зеленого и синего стали популярными просто из-за слабой аналогии с основными цветами. Ричард Фейнман назвал своих коллег «идиотами-физиками» за то, что они выбрали сбивающее с толку имя. ^[1]

У частиц есть соответствующие античастицы . У частица с красным, зеленым или синим зарядом есть соответствующая античастица, в которой цветной заряд должен быть антицветом красного, зеленого и синего соответственно, чтобы цветной заряд сохранялся при создании и аннигиляции частицы-античастицы . Физики элементарных частиц называют их антикрасным, антизеленым и антисиним. Все три цвета, смешанные вместе, или любой из этих цветов и его дополнение (или негатив) , являются «бесцветными» или «белыми» и имеют нулевой чистый цветовой заряд. Из-за свойства сильного взаимодействия, называемого удержанием цвета , свободные частицы должны иметь нулевой цветовой заряд: барионсостоит из трех кварков, каждый из которых должен быть красного, зеленого и синего цветов; аналогично антибарион состоит из трех антикварков, по одному из антикрасного, антизеленого и антисинего. Мезонов сделан из одного кварка и одного антикварка; кварк может быть любого цвета, и антикварк имеет соответствующий антицвет. Этот цветной заряд отличается от электрического заряда тем, что электрический заряд имеет только одну ценность. Однако цветной заряд также похож на электрический заряд в том, что цветной заряд также имеет отрицательный заряд, соответствующий каждому виду значения.

Вскоре после того, как в 1964 году было впервые предложено существование кварков, Оскар В. Гринберг ввел понятие цветового заряда, чтобы объяснить, как кварки могут сосуществовать внутри некоторых адронов в идентичных квантовых состояниях, не нарушая принцип исключения Паули . Теория квантовой хромодинамики разрабатывается с 1970-х годов и составляет важный компонент Стандартной модели физики элементарных частиц. ^{[ необходима цитата ]}

Красный, зеленый и синий [ править ]

В квантовой хромодинамике (КХД) цвет кварка может принимать одно из трех значений или зарядов: красный, зеленый и синий. Антикварк может иметь один из трех антицветов: анти-красный, анти-зеленый и анти-синий (представленные как голубой, пурпурный и желтый соответственно). Глюоны представляют собой смесь двух цветов, например красного и антизеленого, что составляет их цветовой заряд. КХД считает уникальными восемь глюонов из девяти возможных комбинаций цвет – антицвет; см. восемь глюонных цветов для объяснения.

Следующее иллюстрирует константы взаимодействия для цветных заряженных частиц:

Цвета кварка (красный, зеленый, синий) вместе становятся бесцветными.
Антицветные кварки (антикрасный, антизеленый, антисиний) также являются бесцветными.

Адрон с 3 кварками (красный, зеленый, синий) до изменения цвета
Синий кварк излучает сине-антизеленый глюон
Зеленый кварк поглотил сине-антизеленый глюон и стал синим; цвет остается сохраненным
Анимация взаимодействия внутри нейтрона. Глюоны представлены в виде кружков с цветным зарядом в центре и антицветным зарядом снаружи.

Полевые линии из цветных сборов [ править ]

По аналогии с электрическим полем и электрическими зарядами, сильная сила, действующая между цветными зарядами, может быть изображена с помощью силовых линий. Однако линии цветного поля не так сильно изгибаются наружу от одного заряда к другому, потому что они плотно стягиваются глюонами (в пределах 1 фм ). ^[2] Этот эффект ограничивает кварки внутри адронов .

Поля, обусловленные цветными зарядами, как в кварках ( G - тензор напряженности глюонного поля ). Это «бесцветные» комбинации. Вверху: Цветной заряд имеет «тройные нейтральные состояния», а также двоичную нейтральность (аналогично электрическому заряду ). Внизу: комбинации кварка и антикварка. ^[3]^[4]

Константа связи и заряд [ править ]

В квантовой теории поля , константа связи и заряд разные , но связанные понятия. Константа связи устанавливает величину силы взаимодействия; например, в квантовой электродинамики , то постоянная тонкой структуры является константа связи. Заряд в калибровочной теории имеет отношение к способу преобразования частицы в соответствии с калибровочной симметрией; т. е. его представление под калибровочной группой. Например, электрон имеет заряд -1, а позитрон - +1, что означает, что калибровочное преобразование в некотором смысле оказывает на них противоположное влияние. В частности, если локальное калибровочное преобразование $ϕ (x)$ применяется в электродинамике, тогда находим (используя обозначение тензорного индекса ):

{\ displaystyle A _ {\ mu} \ to A _ {\ mu} + \ partial _ {\ mu} \ phi (x),}

{\ Displaystyle \ psi \ к \ ехр [+ iQ \ phi (x)] \ psi,}

и

{\overline {\psi }}\to \exp[-iQ\phi (x)]{\overline {\psi }}

где - поле фотона , а $ψ$ - поле электрона с $Q$ $= -1$ (черта над $ψ$ обозначает его античастицу - позитрон). Поскольку КХД - неабелева теория, представления и, следовательно, цветовые заряды более сложны. Они рассматриваются в следующем разделе. $A_{\mu }$

Кварковые и глюонные поля и цветовые заряды [ править ]

Схема сильных зарядов для трех цветов кварка, трех антикварков и восьми глюонов (с двумя перекрывающимися нулевыми зарядами).

В КХД калибровочной группой является неабелева группа SU (3) . Работает муфта обычно обозначается α _s . Каждый аромат кварка принадлежит фундаментальному представлению ( 3 ) и содержит тройку полей, вместе обозначаемых $ψ$ . Поле антикварка принадлежит комплексно сопряженному представлению ( 3 ^* ) и также содержит тройку полей. Мы можем написать

\psi ={\begin{pmatrix}\psi _{1}\\\psi _{2}\\\psi _{3}\end{pmatrix}}

и

{\overline {\psi }}={\begin{pmatrix}{\overline {\psi }}_{1}^{*}\\{\overline {\psi }}_{2}^{*}\\{\overline {\psi }}_{3}^{*}\end{pmatrix}}.

Глюон содержит октет полей (см. Глюонное поле ), принадлежит присоединенному представлению ( 8 ) и может быть записан с использованием матриц Гелл-Манна как

{\mathbf {A} }_{\mu }=A_{\mu }^{a}\lambda _{a}.

( подразумевается суммирование по a = 1, 2, ... 8). Все остальные частицы принадлежат тривиальному представлению ( 1 ) цвета SU (3) . Цветовой заряд каждого из этих полей полностью определяется представлениями. Кварки имеют цветовой заряд красного, зеленого или синего цвета, а антикварки имеют цветовой заряд антикрасный, антизеленый или антисиний. Глюоны имеют комбинацию двух цветных зарядов (красный, зеленый или синий и один из анти-красного, антизеленого и антисинего) в суперпозиции состояний, которые задаются матрицами Гелл-Манна. Все остальные частицы имеют нулевой цветной заряд. С математической точки зрения, цветовой заряд частицы - это величина некоторого квадратичногоОператор Казимира в представлении частицы.

На простом языке, введенном ранее, три индекса «1», «2» и «3» в приведенном выше триплете кварков обычно обозначаются тремя цветами. Красочный язык упускает из виду следующее. Калибровочное преобразование в цвете SU (3) может быть записано как $ψ \to U ψ$ , где $U$ - матрица $3 \times 3,$ принадлежащая группе SU (3). Таким образом, после калибровочного преобразования новые цвета представляют собой линейные комбинации старых цветов. Короче говоря, введенный ранее упрощенный язык не является калибровочно-инвариантным.

Цветовой заряд сохраняется, но бухгалтерский учет, связанный с этим, сложнее, чем просто суммирование зарядов, как это делается в квантовой электродинамике. Один простой способ сделать это - посмотреть на вершину взаимодействия в КХД и заменить ее представлением в виде цветных линий. Смысл в следующем. Пусть $ψ i$ представляет $i-ю$ компоненту кваркового поля (называемую $i$ -м цветом). Цвет глюона аналогично определяется $A$ , которое соответствует конкретному Гелл-Манна матриксом она связана с. Эта матрица имеет индексы $i$ и $j$ . Это цветные метки на глюоне. В вершине взаимодействия $q i \to g i j + q j$ . Цвет линии представление отслеживает эти показатели. Сохранение цветового заряда означает, что концы этих цветных линий должны быть либо в начальном, либо в конечном состоянии, что эквивалентно, что ни одна линия не прерывается в середине диаграммы.

Поскольку глюоны несут цветной заряд, два глюона также могут взаимодействовать. Типичная вершина взаимодействия (называемая трехглюонной вершиной) для глюонов включает g + g → g. Это показано здесь вместе с его цветной линией. Диаграммы цветных линий можно переформулировать в терминах законов сохранения цвета; однако, как отмечалось ранее, это не калибровочно-инвариантный язык. Следует отметить , что в типичной неабелевой калибровочной теории калибровочного бозона несет заряд теории, и , следовательно , имеет взаимодействие такого рода; например, W-бозон в электрослабой теории. В электрослабой теории W также несет электрический заряд и, следовательно, взаимодействует с фотоном.

См. Также [ править ]

Поищите плату за цвет в Викисловаре, бесплатном словаре.

Ограничение цвета
Тензор напряженности глюонного поля
Электрический заряд

Ссылки [ править ]

^ Фейнман, Ричард (1985), QED: The Strange Theory of Light and Matter , Princeton University Press, p. 136, ISBN 978-0-691-08388-9, Идиота физики, не в силах придумать ни прекрасных греческих слов больше, называют этот тип поляризации неудачным названием «цвета» , который не имеет ничего общего с цветом в обычном смысле этого слова.
^ Р. Резник, Р. Эйсберг (1985), Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер и частиц (2-е изд.), John Wiley & Sons, p. 684 , ISBN 978-0-471-87373-0
^ Паркер, CB (1994), Энциклопедия физики Макгроу Хилла (2-е изд.), Мак Гроу Хилл, ISBN 978-0-07-051400-3
^ М. Мэнсфилд, К. О'Салливан (2011), Понимание физики (4-е изд.), John Wiley & Sons, ISBN 978-0-47-0746370

Дальнейшее чтение [ править ]

Джорджи, Ховард (1999), алгебры Ли в физике элементарных частиц , Perseus Books Group, ISBN 978-0-7382-0233-4.
Гриффитс, Дэвид Дж. (1987), Введение в элементарные частицы , Нью-Йорк: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-60386-3.
Кристман, Дж. Ричард (2001), «Цвет и очарование» (PDF) , проект PHYSNET, документ MISN-0-283 Внешняя ссылка в |work=( помощь ) .
Хокинг, Стивен (1998), Краткая история времени , Bantam Dell Publishing Group, ISBN 978-0-553-10953-5.
Клоуз, Фрэнк (2007), Новый космический лук , Тейлор и Фрэнсис, ISBN 978-1-58488-798-0.

[1] Фейнман, Ричард (1985), QED: The Strange Theory of Light and Matter , Princeton University Press, p. 136, ISBN 978-0-691-08388-9, Идиота физики, не в силах придумать ни прекрасных греческих слов больше, называют этот тип поляризации неудачным названием «цвета» , который не имеет ничего общего с цветом в обычном смысле этого слова.

[2] Р. Резник, Р. Эйсберг (1985), Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер и частиц (2-е изд.), John Wiley & Sons, p. 684 , ISBN 978-0-471-87373-0

[3] Паркер, CB (1994), Энциклопедия физики Макгроу Хилла (2-е изд.), Мак Гроу Хилл, ISBN 978-0-07-051400-3

[4] М. Мэнсфилд, К. О'Салливан (2011), Понимание физики (4-е изд.), John Wiley & Sons, ISBN 978-0-47-0746370