Асимптоти́ческая свобо́да — физический эффект, возникающий в некоторой калибровочной теории , в которой взаимодействие между частицами, такими как кварки , становится сколь угодно малым при уменьшении расстояния между частицами. Другими словами, в асимптотическом пределе r →0 частицы перестают взаимодействовать и становятся свободными.

В 2004 году Нобелевская премия по физике присуждена трём физикам-теоретикам из США — Дейвиду Гроссу , Дейвиду Политцеру и Фрэнку Вильчеку , — с формулировкой «за открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий» .

История

Во второй половине 1940-х годов произошло объединение квантовой механики с электродинамикой, что ознаменовалось построением математического аппарата квантовой теории поля , которая описывает взаимодействие элементарных частиц. Квантовая электродинамика (КЭД) начала развиваться в 1930-е годы в работах Дирака , Паули и Ферми , но только в 1950-е годы было показано, как избавляться от расходимостей, обычно присутствующих в квантовых теориях поля. Расширение КЭД на сильные взаимодействия оказалось невозможным. Однако в 1954 году Ч. Янг и Р. Миллс рассмотрели неабелевые калибровочные симметрии, М. Гелл-Ман и Дж. Цвейг в 1964 году ввели кварки и в 1965 году появились работы Н. Н. Боголюбова , Б. В. Струминского и А. Н. Тавхелидзе и независимо Ё. Миямото , и Й. Намбу , которые ввели новое квантовое число, названное цветом . Тогда все адроны , состоящие из кварков, можно описать на языке новой неабелевой калибровочной теории поля, где взаимодействие переносится безмассовыми глюонами . Новая квантовая теория для описания взаимодействия кварков — квантовая хромодинамика (КХД) — оказалась нелинейной. При этом, как показал в 1963 году Ричард Фейнман , из-за нарушения унитарности у этой теории возникали проблемы с квантованием . Для восстановления унитарности Л. Д. Фаддеев и В. Н. Попов ввели « духов » в квантовую теорию неабелева калибровочного поля, что позволило использовать фейнмановские диаграммы и способствовало дальнейшему исследованию новой теории. Из-за нелинейности теории обычная теория возмущений оказалась малоэффективной, поэтому основным математическим аппаратом оказался формализм ренормгруппы . Этот формализм появился в работах 1950-х годов Э. К. Г. Штюкельберга и и М. Гелл-Мана и , но законченную форму приобрёл в исследованиях Н. Н. Боголюбова и Д. В. Ширкова . Метод ренормгруппы позволяет вычислить ультрафиолетовые и инфракрасные асимптотики благодаря учёту основных вкладов бесконечного класса диаграмм Фейнмана.

К началу 1970-х годов все эти результаты предшествовали открытию асимптотической свободы. Д. Гросс, Ф. Вильчек и Д. Политцер показали, что с уменьшением расстояния между кварками эффективная константа взаимодействия в КХД уменьшается, что приводит к исчезновению взаимодействия. Это подтверждалось в экспериментах по глубоконеупругому лептон-адронному рассеянию на линейном ускорителе электронов в Стэнфорде (США). Асимптотическая свобода оказалась важна для практического применения в КХД, поскольку разбила область взаимодействия кварков на две области больших и малых расстояний, где можно применять теорию возмущений. Аналогичное явление было открыто в квантовой электродинамике для заряженных векторных полей В. С. Ваняшиным и М. В. Терентьевым в 1965 году , в теории Янга-Миллса И. Хрипловичем в 1969 году и Г. ’т Хоофтом в 1972 году

Ссылки

Литература

• Д. Гросс (англ.) (Нобелевская лекция 2004 г. — премия присуждена за открытие этого эффекта)
• Gerard 't Hooft, «When was Asymptotic Freedom discovered? or The Rehabilitation of Quantum Field Theory», , 1999,
• S. Pokorski. (англ.) . — Cambridge University Press , 1987. — ISBN 0-521-36846-4 .
• В. Нестеренко, А. Сорин, // ОИЯИ «Дубна» N 40 (2004)