Жеңіл-алдыңғы кванттау қосымшалары - Light-front quantization applications

Арнайы салыстырмалылықтың жарық конусы. Жеңіл-алдыңғы кванттау жарық конусына тангенциал болатын бастапқы бетті таңдау үшін жарық-алдыңғы (немесе жарық конус) координаттарын қолданады. Тең уақытты кванттау көлденең орналасқан бастапқы бетті пайдаланады, мұнда «қазіргі уақыттың гипер беті» деп аталады.

The алдыңғы кванттау^[1][2][3] туралы кванттық өріс теориялары қарапайым тең уақытқа пайдалы балама ұсынады кванттау. Атап айтқанда, бұл а-ға әкелуі мүмкін релятивистік сипаттамасы байланысты жүйелер жөнінде кванттық-механикалық толқындық функциялар. Кванттау жарық пен алдыңғы координаттарды таңдауға негізделген,^[4] қайда ${ displaystyle x ^ {+} equiv ct + z}$ уақыттың рөлін атқарады және сәйкес кеңістіктік координатасы болып табылады ${ displaystyle x ^ {-} equiv ct-z}$. Мұнда, ${ displaystyle t}$ бұл қарапайым уақыт, ${ displaystyle z}$ бір Декарттық координат, және ${ displaystyle c}$ бұл жарықтың жылдамдығы. Қалған екі декарттық координаталар, ${ displaystyle x}$ және ${ displaystyle y}$, қол тигізбейді және көбінесе көлденең немесе перпендикуляр деп аталады, типтің белгілерімен белгіленеді ${ displaystyle { vec {x}} _ { perp} = (x, y)}$. Таңдау анықтама шеңбері уақыт қайда ${ displaystyle t}$ және ${ displaystyle z}$-аксис анықталатын релятивистік теорияда анықталмаған болуы мүмкін, бірақ практикалық есептеулерде кейбір таңдау басқаларына қарағанда қолайлы болуы мүмкін. Негізгі формализм талқыланады басқа жерде.

Бұл техниканың көптеген қосымшалары бар, олардың кейбіреулері төменде талқыланады. Негізінде кез-келген релятивистік кванттық жүйені талдау жарық фронт координаттарын қолданудан және жүйені басқаратын теорияның соған байланысты кванттауынан пайда көруі мүмкін.

Ядролық реакциялар

Жеңіл техника қолданылды ядролық физика Франкфурт пен Стрикманның пионер құжаттарымен.^[5][6] Жоғары энергетикалық ядролық реакциялардың дұрыс өңдеуін жасау кезінде дұрыс кинематикалық айнымалыларды (және оларға қол жеткізілген тиісті оңайлатуларды) қолдануға баса назар аударылды. Бұл кіші бөлім бірнеше мысалдарға ғана назар аударады.

Ядролардан терең серпімді емес шашырауды есептеу ядроның ішіндегі нуклондардың таралу функциялары туралы білімді қажет етеді. Бұл функциялар импульс импульсінің ықтималдығын береді ${ displaystyle p}$ берілген бөлшекті алып жүреді ${ displaystyle y}$ ядролық импульс плюс компоненті, ${ displaystyle P}$, ${ displaystyle y = p ^ {+} / P ^ {+}}$.

Ядролық толқындық функциялар тең уақыт шеңберін қолдану арқылы анықталған. Сондықтан жеңіл фронализмді қолдана отырып, ядролық толқындардың функцияларын қайта есептеуге болатынын білу орынды сияқты. Кез-келген әдіс жұмыс істейтіндігін анықтау үшін ядролық құрылымның бірнеше негізгі мәселелері бар. Дейтеронның толқындық функциясын есептеу керек, өрістің орташа теориясын шешу керек (негізгі) ядролық қабықтың моделі ) шексіз ядролық материя үшін және ақырлы өлшемді ядролар үшін және нуклон-нуклон корреляциясының әсерін қосу арқылы орта өріс теориясын жетілдіреді. Ядролық физиканың көп бөлігі айналмалы инварианттылыққа негізделген, бірақ айқын айналмалы инвариант жеңіл фронтпен емдеу кезінде жоғалады. Осылайша, айналмалы инвариантты қалпына келтіру ядролық қосымшалар үшін өте маңызды.

Әр мәселенің қарапайым нұсқасы қарастырылды. Дейтеронды жеңіл емдеуді Кук пен Миллер жасады,^[7][8] айналмалы инварианттықты қалпына келтіруге баса назар аударды.^[9] Шекті ядроларға арналған өрістің орташа теориясы Блуден және т.б.^[10][11][12] Шексіз ядролық материя орта өріс теориясы аясында жұмыс істеді^[13][14] сонымен қатар корреляцияны қосады.^[15][16] Терең серпімді шашырауға қосымшаларды Миллер мен Смит жасады.^[17][18][19] Физиканың негізгі қорытындысы: EMC әсері (кваркты бөлу функцияларын ядролық модификациялау) кәдімгі ядролық физика шеңберінде түсіндіруге болмайды. Кварк әсерлері қажет. Осы әзірлемелердің көпшілігі Миллердің шолуда талқыланады.^[20]

Бір спинді асимметрия, дифрактивті процестер және ядролық көлеңке сияқты құбылыстарды түсіну үшін адронға немесе ядроның алдыңғы толқын функциясына тән емес бастапқы және соңғы әсерлесу физикасын шешу керек деген жаңа баға пайда болды. .^[21] Бұл LFQCD реакциялар теориясына және адрондардың жоғары энергетикалық соқтығысуын зерттеуге итермелейді. Гамильтондық шеңбердегі шашыраудың стандартты теориясы жоғары энергетикалық реакциялардың LFQCD негізіндегі талдауын жасауға құнды нұсқаулық бере алады.

Эксклюзивті процестер

Жеңіл формализмді қолданудың маңызды бағыттарының бірі эксклюзивті адроникалық процестер болып табылады. «Эксклюзивті процестер» - бұл шашырау реакциялары, онда бастапқы күйдің кинематикасы және соңғы күй бөлшектері өлшенеді және осылайша толығымен нақтыланады; бұл соңғы күйдегі бір немесе бірнеше бөлшектер тікелей байқалмайтын «инклюзивті» реакциялардан айырмашылығы. Негізгі мысалдар - бұл лептон-адронның эксклюзивті шашырау процестерінде өлшенетін серпімді және серпімді емес формалық факторлар ${ displaystyle ep to e ^ { prime} p ^ { prime}.}$ Серпімді емес эксклюзивті процестерде бастапқы және соңғы адрондар әр түрлі болуы мүмкін, мысалы ${ displaystyle ep to e ^ { prime} Delta ^ {+}}$. Эксклюзивті реакциялардың басқа мысалдары - Комптонның шашырауы ${ displaystyle gamma p to gamma ^ { prime} p ^ { prime}}$, пионды фотопродукция ${ displaystyle gamma p to pi ^ {+} n}$ және сияқты серпімді адрон шашырауы ${ displaystyle pi ^ {+} p - { pi ^ {+}} ^ { prime} p ^ { prime}}$. «Қатты эксклюзивті процестер» дегенде, бір адрон көлденең импульсінің айтарлықтай өзгеруімен үлкен бұрыштарға шашырайтын реакцияларды айтады.

Эксклюзивті процестер QCD-дегі адрондардың байланысқан күй құрылымына және амплитуда деңгейіндегі адрон динамикасын басқаратын іргелі процестерге мүмкіндік береді. Эксклюзивті амплитудаларды сипаттауға қажет релятивистік композиттік жүйелердің шекаралас құрылымын сипаттауға арналған табиғи есеп - адронның кадрдан тәуелсіз толқын тұрғысынан көп кваркты, глюондық және түс корреляцияларын кодтайтын жарық фокустық кеңеюі. функциялары. Адрондар үлкен импульс беруін алатын қатты эксклюзивті процестерде QCD перпендиктивті факторизация теоремаларына әкеледі^[22] байланысты адроникалық байланысқан күй физикасын тиісті кварк пен глюоникалық қатты шашырау реакцияларынан бөліп тұратын реакциялар. Жетекші бұралу кезінде байланысқан физика әмбебап «таралу амплитудасы» бойынша кодталады,^[23] адрондардың, сондай-ақ ядролардың валенттік кварктық құрылымын сипаттайтын негізгі теориялық шамалар. AdS / QCD, Bethe-Salpeter әдістері, дискретті жарық конусын кванттау және көлденең тор тәрізді әдістер, қазір пиондардың таралу амплитудасы үшін тербиялық емес болжамдарды ұсынады. Формализм теориясының негізгі ерекшелігі - түстердің мөлдірлігі »,^[24] жылдам қозғалатын ықшам түсті-синглетті күйлердің бастапқы және соңғы өзара әрекеттесуінің болмауы. Факторизацияның эксклюзивті талдауының басқа қосымшаларына полептоникалық жатады ${ displaystyle B}$ мезондардың ыдырауы және терең виртуалды комптон шашырауы, сонымен қатар инклюзивті реакциялардағы динамикалық жоғары бұралу эффектілері. Эксклюзивті процестер адрондардың жарықтың алдыңғы толқындық функцияларына олардың кварк және глюон еркіндік дәрежелері бойынша, сондай-ақ ядролардың құрамы бойынша олардың нуклондары мен мезоникалық еркіндік дәрежелері бойынша маңызды шектеулер қояды.

The форма факторлары эксклюзивті реакциямен өлшенеді ${ displaystyle eH to eH ^ { prime}}$ адронның композиттілігінің арқасында шашырау амплитудасының бірлігінен ауытқуларды кодтайды. Ғадрондық импульстің берілуімен адроникалық форма факторлары монотонды түрде түседі, өйткені адронның өзгеріссіз қалуы амплитудасы үнемі төмендейді. Сондай-ақ, спин-1/2 протоны тәрізді адронның спиндік бағдары (спиральдылығы) шашырау кезінде өзгере ме, жоқ па, оны Паули (спин-флип) және Дирак (спин-консервілейтін) түрінде өзгеретіндігін ажырата алады. факторлар.

Адрондардың электромагниттік форм-факторларын электромагниттік токтың матрицалық элементтері береді ${ displaystyle F_ {H} (q ^ {2}) = }$ қайда ${ displaystyle q ^ { mu}}$ алмасқан виртуалды фотонның төрт векторының импульсі ${ displaystyle | H (p)>}$ адронға арналған жеке мемлекет болып табылады ${ displaystyle H}$ төрт импульспен ${ displaystyle p ^ { mu}}$. Алдыңғы жақтауды қай жерде таңдаған ыңғайлы ${ displaystyle q ^ {+} = 0, q _ { perp} = Q, q ^ {-} = { frac {2q cdot p} {P ^ {+}}}}$ бірге ${ displaystyle q _ { perp} ^ {2} = Q ^ {2} = - q ^ {2}.}$ Содан кейін серпімді және серпімді емес факторларды көрсетуге болады^[25] алдыңғы фоктың өзіндік мемлекеттік толқындық функцияларының біріктірілген қабаттасуы ретінде ${ displaystyle Psi _ {H} (x_ {i}, { vec {k}} _ { perp}, lambda _ {i})}$ және ${ displaystyle Psi _ {H} (x_ {i}, { vec {k}} _ { perp} ^ { prime}, lambda _ {i})}$ сәйкесінше бастапқы және соңғы адрондардың. The ${ displaystyle x}$ соғылған кварк өзгермеген, және ${ displaystyle k _ { perp} ^ { prime} = { vec {k}} _ { perp} + (1-x_ {i}) { vec {q}} _ { perp}}$. Соқпаған (көрермен) кварктар бар ${ displaystyle { vec {k}} _ { perp} ^ { prime} = { vec {k}} _ { perp} -x_ {1} { vec {q}} _ { perp} }$. Конволюция нәтижесі форманың факторын адронның барлық Фок күйлеріне бір қосқанда импульстің берілуіне дәл береді. Жақтауды таңдау ${ displaystyle q ^ {+} = 0}$ бастапқы және соңғы күй бөлшектерінің саны ерекшеленетін диагональдан тыс үлестерді жоятындықтан таңдалады; оны бастапқыда Дрелл мен Ян ашқан^[26] және Батыс.^[27] Алдыңғы толқын функциялары бойынша қатаң тұжырымдаманы Бродский мен Дрелл береді.^[25]

Қарапайым лездік толқындық функциялардан айырмашылығы, алдыңғы толқын функциялары кадрға тәуелді емес ${ displaystyle p}$ дейін ${ displaystyle p + q}$, Дирак атап көрсеткендей, күрделі динамикалық мәселе. Ең жаманы, кадрға тәуелсіз нәтиже алу үшін сыртқы фотонның вакуумдық ауытқулардан туындайтын токтармен әрекеттесетін ағымдағы матрицалық элементтің үлестерін қосу керек. Мұндай вакуумдық үлестер жеңіл формализмде пайда болмайды, өйткені барлық физикалық сызықтар оң болады ${ displaystyle k ^ {+}}$; вакуумда тек бар ${ displaystyle k ^ {+} = 0}$, және ${ displaystyle +}$ импульс сақталады.

Импульстің үлкен трансферттерінде серпімділіктің сақталуының формалық факторлары номиналды қуат ретінде түсіп кетеді ${ displaystyle F_ {H} (Q ^ {2}) propto left ({ frac {1} {Q ^ {2}}} right) ^ {n-1}}$ қайда ${ displaystyle n}$ бұл құрылтайшылардың минималды саны.^[28][29][30] Мысалға, ${ displaystyle n = 3}$ протонның үш кваркты Фок күйі үшін. Бұл «кваркты санау ережесі» немесе «өлшемді санау ережесі» Лагранжиядағы өзара әрекеттесу масштабы өзгермейтін QCD сияқты теориялар үшін қолданылады (формальды емес ). Бұл нәтиже үлкен импульс импульсі кезінде форма факторларын адронның толқындық функциясының қысқа қашықтықтағы жүріс-тұрысымен басқарылатындығының салдары болып табылады, ал ол өз кезегінде құра алатын жетекші интерполятор операторының «бұралуы» (өлшемі - спин) арқылы басқарылады. құрамдас бөліктердің нөлдік бөлінуіндегі адрон. Ережені серпімді емес формалық факторлар мен адрон спині бастапқы және соңғы күйлер арасында өзгеретін форма факторларының құлау заңын беру үшін жалпылауға болады. Оны өлшеуіш / жол теориясының қосарлануын қолдана отырып, тұрақсыз түрде алуға болады^[31] және мазалайтын QCD логарифмдік түзетулерімен.^[22]

Сияқты серпімді шашырау амплитудасы жағдайында ${ displaystyle K ^ {+} p - K ^ {+} p}$, үлкен импульс беру кезіндегі басым физикалық механизм - бұл алмасу ${ displaystyle u}$ арасындағы кварк ${ displaystyle K ^ {+} (u { bar {s}})}$ каон және протон ${ displaystyle (uud)}$.^[32] Бұл амплитуданы төрт бастапқы және соңғы күйдің алдыңғы-алдыңғы валенттілік Фок-күйлік толқындық функциясының конволюциясы түрінде жазуға болады. Амплитудасын терминдермен өрнектеу ыңғайлы Mandelstam айнымалылары,^[33] мұнда, реакция үшін ${ displaystyle A + B ден C + D}$ моментпен ${ displaystyle P_ {X}}$, айнымалылар ${ displaystyle s = (P_ {A} + P_ {B}) ^ {2} = E_ {CM} ^ {2}, t = (P_ {D} + P_ {B}) ^ {2}, u = (P_ {A} -P_ {D}) ^ {2}}$. Алынған «кварк алмасу» амплитудасы жетекші формаға ие ${ displaystyle M propto { frac {1} {ut ^ {2}}}}$ бұл импульстің берілуімен амплитуданың бұрыштық тәуелділігі мен қуат заңының түсуімен жақсы сәйкес келеді ${ displaystyle p_ {T} ^ {2} = { frac {tu} {s}}}$ СМ бұрышында ${ displaystyle cos theta _ {CM} = { frac {t-u} {2s}}}$. The ${ displaystyle { frac {1} {u}}}$ импульстің тұрақты, бірақ үлкен квадраттарға берілуіндегі амплитуданың әрекеті ${ displaystyle t}$, Регге амплитудасының үзілуін көрсетеді ${ displaystyle u ^ { alpha} (t) - -1}$ жалпы теріс ${ displaystyle t}$.^[34] Номиналды күш заңы ${ displaystyle s ^ {- 8}}$ нәтижесінде алынған қатты эксклюзивті шашырау қимасының құлауы ${ displaystyle K ^ {+} p - K ^ {+} p}$ тұрақты СМ бұрышы қатты серпімді шашырау үшін өлшемді санау ережелерімен сәйкес келеді ${ displaystyle { frac {d sigma} {dt}} (A + B ден C + D) propto { frac {F ( theta _ {CM}} {s ^ {n_ {A} + n_ {B} + n_ {C} + n_ {D} -2}}}}$, қайда ${ displaystyle n_ {A}}$ бұл құрылтайшылардың минималды саны.

Әдетте, QCD-дегі эксклюзивті реакцияның амплитудасын көбейтуге болады^[22] жетекші қуатта қатты шашыратылатын субпроцестің кварктың шашырау амплитудасының өнімі ретінде ${ displaystyle T}$, онда адрондардың әрқайсысы өздерінің валенттік кварктарымен немесе глюондарымен, олардың алдыңғы жарық моментімен ауыстырылады ${ displaystyle k ^ {+} = x_ {i} P ^ {+}}$, ${ displaystyle { vec {k}} _ { perp} = x_ {i} { vec {P}} _ { perp}}$ «үлестіру амплитудасымен» ${ displaystyle phi _ {H} (x_ {i}, Q)}$ әрбір бастапқы және соңғы адрон үшін.^[23] Қатты шашырау амплитудасын жүйелі түрде QCD-нің іргелі кварк пен глюондық өзара әрекеттесулерінен мазасыз QCD-де есептеуге болады. Бұл факторизация процедурасын жүйелі түрде жүргізуге болады, өйткені QCD жұмыс істейтін муфтасы тиімді ${ displaystyle alpha _ {s} (q ^ {2})}$ QCD асимптотикалық еркіндік қасиетіне байланысты жоғары импульс беру кезінде аз болады.

Әр адронның физикасы оның таралу амплитудасы арқылы енеді ${ displaystyle phi _ {H} (x_ {i}, Q)}$, бұл валенттілік құрамдастарының жарық моментінің бөлуін анықтайды ${ displaystyle x_ {i} = { frac {k_ {i} ^ {+}} {P ^ {+}}}}$. Ол жеңіл конустық калибрде берілген ${ displaystyle A ^ {+} = 0}$ сияқты ${ displaystyle Pi _ {i} int ^ {Q} d ^ {2} { vec {k}} _ { perp i} psi _ {H} (x_ {i}, { vec {k }} _ { perp i})}$, ішкі көлденең импульс квадратына валенттіліктің алдыңғы-толқындық функциясының интегралы ${ displaystyle k _ { perp} ^ {2}$; жоғарғы шегі ${ displaystyle Q ^ {2}}$ - эксклюзивті реакцияға тән көлденең импульс. Таралу амплитудасының логарифмдік эволюциясы ${ displaystyle log Q ^ {2}}$ ERBL эволюциясы теңдеуі арқылы қатты QCD-де қатаң түрде беріледі.^[23][35] Нәтижелер ренормализация тобы сияқты жалпы принциптерге сәйкес келеді. Сияқты бөлудің асимптотикалық мінез-құлқы ${ displaystyle phi _ { pi} to { sqrt {3}} f _ { pi} x (1-x)}$ қайда ${ displaystyle f _ { pi}}$ - пионның ыдырауымен өлшенетін ыдырау константасы ${ displaystyle pi ^ {+} -дан W ^ {*} -ге mu ^ {+} nu _ { mu}}$ бірінші принциптерден де анықтауға болады. Адронның алдыңғы толқын функциясының және үлестірім амплитудасының тұрақсыз формасын AdS / QCD арқылы анықтауға болады алдыңғы голография.^{[36][37][38][39][40]} Дейтеронның таралу амплитудасында алты түсті триплет кварктарының бес түрлі түсті-синглетті тіркесімдеріне сәйкес келетін бес компонент бар, олардың тек біреуі стандартты ядролық физика өнімі болып табылады ${ displaystyle d to np}$ екі түсті синглеттер. Ол а ${ displaystyle 5 times 5}$ эволюция теңдеуі^[41] дейтеронның алдыңғы толқындық функциясының бес компонентінің тең салмағына алып келеді ${ displaystyle Q ^ {2} to infty.}$ Жаңа еркіндік дәрежелері «жасырын түс» деп аталады.^[41][42][43] Қатты эксклюзивті реакциядан шыққан әрбір адрон жоғары импульспен және көлденең өлшемімен шығады. Габариттік теорияның негізгі ерекшелігі - бұл жұмсақ глюондар түс пен дипольдің ықшам жылдам түсетін түс-синглетті толқындық функциясының инциденттері мен соңғы күйдегі адрондарының конфигурацияларының кішігірім түсті-дипольдік моментінен бөлінеді. Көлденең ықшам конфигурациялар әр түрлі қашықтықта сақталуы мүмкін ${ displaystyle E _ { rm {lab}} / Q ^ {2}}$, Иоффенің когеренттілік ұзындығы. Осылайша, егер біз ядролық нысандағы қатты квазиялық серпімді процестерді зерттейтін болсақ, онда шығатын және кіретін адрондардың сіңуі минималды болады - «түстердің мөлдірлігі» деп аталатын жаңа құбылыс.^[24][44] Бұл үлкен импульс беру кезінде квази-серпімді адрон-нуклонның шашырауы ядродағы серпімді немесе серпімді емес соңғы өзара әрекеттесудің әсерінен ядроның барлық нуклондарында аддитивті түрде жүруі мүмкін, яғни ядро ​​мөлдір болады. Керісінше, Глаубердің әдеттегі шашырауында энергияға тәуелді емес бастапқы және соңғы күйдің әлсіреуі болжанады. Түстің мөлдірлігі көптеген шашыраңқы эксклюзивті эксперименттерде, әсіресе дифрактивті дижеттік эксперименттерде тексерілген^[45] ${ displaystyle pi A to JetJetA ^ { prime}}$ Фермилабта. Бұл эксперимент пионның бақыланған фронтальды валенттік толқындық функциясын өлшеуге мүмкіндік береді ${ displaystyle x}$ және өндірілген диеталардың көлденең импульс тәуелділігі.^[46]

Алдыңғы жарық голография

Адрондар физикасының соңғы уақыттағы ең қызықты жетістіктерінің бірі QCD-ге жолдар теориясының бір саласын қолдану болды, бұл анти-де-Ситтер / конформды өріс теориясы (AdS / CFT ).^[47] QCD конформды инвариантты өріс теориясы болмаса да, теорияға аналитикалық бірінші жуықтауды құру үшін конформды топтың бес өлшемді анти-де-Ситтер кеңістігінде математикалық көрінісін пайдалануға болады. Алынған модель,^{[36][37][38][39][40][48]} AdS / QCD деп аталатын, адрон спектроскопиясының дәл болжамдары мен масондар мен бариондардың кварктық құрылымын сипаттайды, олар масштабты инвариантты және қысқа қашықтықта өлшемді санаумен, үлкен қашықтықта түстермен шектеледі.

«Жеңіл-алдыңғы голография» AdS кеңістігіндегі динамиканың физикалық тұрғыдан Гамильтон теориясына жартылай классикалық жақындатуға қосарланғандығы туралы керемет фактіні айтады ${ displaystyle 3 + 1}$ алдыңғы жарық уақытында квантталған кеңістік уақыты. AdS кеңістігінің бесінші өлшемді координаты мен нақты әсер ету айнымалысы арасында дәл сәйкестік бар ${ displaystyle zeta _ { perp} ^ {2} = b _ { perp} ^ {2} x (1-x)}$ кваркты құраушылардың адрон ішіндегі физикалық бөлінуін өлшейтін конус уақытында ${ displaystyle tau}$ және инварианттық квадратқа конъюгацияланған ${ displaystyle {M_ {q { bar {q}}} ^ {2}}}$. Бұл байланыс кадрлардан тәуелсіз, адрон қасиеттерін кодтайтын мезондар мен бариондар үшін жеңілдетілген алдыңғы толқындық функциялардың аналитикалық түрін есептеуге мүмкіндік береді және эксклюзивті шашырау амплитудасын есептеуге мүмкіндік береді.

Мезондар жағдайында валенттілік Фок-күйдің толқындық функциялары ${ displaystyle H_ {LF}}$ нөлдік кварктық масса үшін инвариантты айнымалыдағы бір айнымалы релятивистік қозғалыс теңдеуін қанағаттандырады ${ displaystyle zeta ^ {2} = b _ { perp} ^ {2} x (1-x)}$, инвариантты квадратқа конъюгацияланған ${ displaystyle {M_ {q { bar {q}}} ^ {2}}}$. Тиімді шектеу әлеуеті ${ displaystyle U ( zeta ^ {2})}$ бұл кадрға тәуелді емес «жарық Шредингер теңдеуінде» жоғары кварк пен глюон Фок күйлерінің әсерлері жүйелі түрде енгізілген. Потенциал гармоникалық осциллятор потенциалының ерекше формасына ие, егер хиральды QCD әрекеті конформды өзгермейтін болып қалса. Нәтижесінде адрондар физикасының түстермен шектелуін және басқа да спектроскопиялық және динамикалық ерекшеліктерін қамтитын тұрақсыз релятивистік жарық кванттық механикалық толқын теңдеуі болады.

AdS / CFT қосарлылығына қатысты бұл соңғы жарықтар алдыңғы толқын функциялары туралы жаңа түсініктер ұсынады, олар LFQCD-де іздейтін толық шешімдерге алғашқы жуықтауларды құра алады және диагонализацияға қойылған физикалық мотивті Fock-space негізін құрудың қадамы ретінде қарастырылады. LFQCD Гамильтондық, негізіндегі фронтты кванттау әдісі сияқты (BLFQ).

Космологиялық тұрақтыға болжам жасау

Үлкен көрнекті проблема теориялық физикада ең көп кванттық өріс теориялары үшін үлкен мәнді болжау кванттық вакуум. Мұндай аргументтер әдетте негізделеді өлшемді талдау және тиімді өріс теориясы. Егер ғаламды тиімді жергілікті кванттық өріс теориясы сипаттайтын болса Планк шкаласы, онда біз космологиялық тәртіптің тұрақты константасын күтер едік ${ displaystyle M _ { rm {pl}} ^ {4}}$. Жоғарыда айтылғандай, өлшенген космологиялық тұрақтылық осыдан 10 есе аз⁻¹²⁰. Бұл сәйкессіздік «физика тарихындағы ең нашар теориялық болжам!» Деп аталды.^[49]

A мүмкін шешім ұсынған алдыңғы кванттау, әдеттегіге қатаң балама екінші кванттау әдіс. Вакуумның ауытқуы Light-Front-де пайда болмайды вакуумдық күй,.^[50][51] Бұл болмау ешқандай салымның жоқтығын білдіреді QED, Әлсіз өзара әрекеттесу және QCD осылайша пәтерде нөлге тең болатын космологиялық тұрақтыға кеңістік-уақыт.^[52] Өлшенді космологиялық тұрақтының нөлдік емес кіші мәні мысалы, шамалы қисықтықтан пайда болуы мүмкін ғаламның пішіні (бұл 0,4% шегінде алынып тасталмаған (2017 жылғы жағдай бойынша)^[53][54][55]) өйткені қисық кеңістік өзгерте алады Хиггс өрісі нөлдік режим, осылайша космологиялық тұрақтыға нөлдік емес үлес қосады.

Қарқынды лазерлер

Жоғары қарқындылық лазер нысандар вакуум сияқты QED-де бұрын бақыланбаған процестерді тікелей өлшеудің перспективаларын ұсынады қос сынық, фотон-фотонның шашырауы және болашақта, Швингер жұп өндірісі. Сонымен қатар, «қабырғалардан жарық шығаратын» тәжірибелер бөлшектер физикасының төмен энергетикалық шекарасын зерттей алады және стандартты емес бөлшектерді іздейді. Бұл мүмкіндіктер кванттық өріс теорияларының қасиеттеріне, атап айтқанда QED, қарқынды жарық көздерін сипаттайтын фондық өрістерге үлкен қызығушылық тудырды,^[56][57] және теорияның кейбір негізгі болжамдары эксперименталды түрде тексерілді.^[58]

40 жылдан астам уақыт бұрын жасалған «күшті өрісті QED» теориясының негізіне қарамастан, соңғы жылдарға дейін бірнеше теориялық түсініксіздіктер сақталды, оларды ішінара теорияда жедел форманы қолдануға жатқызуға болады. лазерлік фон, табиғи түрде жарыққа ұқсас бағыттарды бөледі. Сонымен, алдыңғы фронтты кванттау - қарқынды лазерлік өрістердегі физикаға табиғи тәсіл. Алдыңғы пішінді QED күшті өрісінде қолдану^[59] лазерлік импульстегі тиімді массаның табиғаты, фондық киім таратушының полюсті құрылымы және классикалық бастаулар сияқты бірнеше тұрақты сұрақтарға жауап берді. радиациялық реакция QED шеңберінде.

«Уақытқа тәуелді жарық фронт кванттауы» сияқты тұрақсыз тәсілдермен үйлеседі,^[60][61] өрістер теориясындағы уақытқа тәуелді проблемаларға арнайы бағытталған, алдыңғы форма сыртқы өрістерде QED туралы жақсы түсінік беруге мүмкіндік береді. Мұндай зерттеулер сонымен қатар QCD физикасын күшті магнит өрістерінде түсінуге негіз болады, мысалы: RHIC.

Өрістің кванттық емес теориясы

Кванттық хромодинамика (QCD), күшті өзара әрекеттесу теориясы, элементар бөлшектердің стандартты моделінің бөлігі, оған QCD-ден басқа теория кіреді. электрмен әлсіз (EW) өзара әрекеттесу. Осы өзара әрекеттесу күшінің айырмашылығын ескере отырып, EW өзара әрекеттесулерін күшті өзара әрекеттесуге жауап беретін құрамдас бөлшектерден тұратын адрондардан тұратын жүйелердегі мазасыздық ретінде қарастыруға болады. Пербертация теориясы QCD-де өз орнына ие, бірақ тек берілген энергияның немесе импульстің үлкен мәндерінде ғана, онда ол асимптотикалық еркіндік қасиетін көрсетеді. Қатерлі QCD өрісі жақсы дамыған және оның көмегімен көптеген құбылыстар сипатталған, мысалы факторизация, партонның үлестірілуі, бір спинді асимметрия және реактивті реакциялар. Алайда, энергия мен импульс берудің төмен мәндерінде күшті өзара әрекеттесуді тітіркендірмейтін тәсілмен емдеу керек, өйткені өзара әрекеттесу күші үлкен болады және адрондардың партоникалық компоненттері ретінде кварктар мен глюондардың ұсталуын ескермеуге болмайды. Бұл күшті өзара әрекеттесу режимінде көптеген теориялар негізге алынған есептеулер тұрғысынан түсініктеме күткен көптеген мәліметтер бар. Ab initio тәсілінің QCD-ге қолданылуының бір көрнекті әдісі ретінде көптеген эксперименталды бағдарламалар адрондардың кварк пен глюон компоненттерінің ықтималдық үлестірулерін тікелей өлшейді немесе білуге ​​тәуелді.

Үш тәсіл осы уақытқа дейін күшті байланыстыру аймағында айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізді. Біріншіден, адроникалық модельдер тұжырымдалды және сәтті қолданылды.^{[62][63][64][65][66][67][68][69][70]} Мұндай жетістік кейде сандық тұрғыдан анықталуы қажет параметрлерді енгізу бағасына ие болады. Мысалы, релятивистік ішекті Гамильтониан^[71] ағымдағы кварк массаларына, жолдың керілуіне және сәйкес параметрге байланысты ${ displaystyle Lambda _ { rm {QCD}}}$. Екінші әдіс, QCD торы,^[72][73][74] бұл QCD Лагранжиясымен тікелей байланысты ab initio тәсілі. Негізделген Евклид формула, QCD торы QCD бағасын ұсынады жол интегралды және масса сияқты аз энергиялы адроникалық қасиеттерге қол жетімділікті ашады. QCD торы кейбір бақыланатын заттарды тікелей бағалай алатынымен, адрондардың құрылымы мен динамикасын сипаттауға қажет толқындық функцияларды қамтамасыз етпейді. Үшіншісі - Дайсон - Швингер тәсілі.^{[75][76][77][78]} Ол сонымен қатар Евклид кеңістігінде тұжырымдалған және шың функциялары үшін модельдер қолданады.

Жеңіл фронтты Гамильтондық көзқарас - тор мен Дайсон-Швингер тәсілдерінен айырмашылығы Минковский кеңістігінде дамыған және толқындық функциялармен - кванттық теорияның негізгі объектілерімен айналысатын төртінші тәсіл. Модельдеу тәсілінен айырмашылығы, ол QCD фундаменталды Лагранжиясына негізделген.

Кез-келген өріс-теориялық гамильтондық ${ displaystyle H}$ бөлшектердің санын сақтамайды. Сондықтан, бөлшектердің тіркелген санына сәйкес келетін, бұл диагональды емес матрица. Оның меншікті векторы - физикалық жүйенің күй векторы - әр түрлі бөлшектері бар күйлердің шексіз суперпозициясы (Фоктың ыдырауы):${ displaystyle | p rangle = sum _ {n = 1} ^ { infty} int psi _ {n} (k_ {1}, ldots, k_ {n}, p) | n rangle D_ {k}.}$

${ displaystyle psi _ {n}}$ болып табылады ${ displaystyle n}$- дене толқыны функциясы (Fock компоненті) және ${ displaystyle D_ {k}}$ интеграциялық шара болып табылады. Алдыңғы жарық кванттауда Гамильтондық ${ displaystyle H}$ және күй векторы ${ displaystyle | p rangle}$ мұнда жарық алдыңғы жазықтықта анықталған.

Көп жағдайда, әрдайым болмаса да, еркіндіктің шекті дәрежесі басым болады деп күтуге болады, яғни Fock компоненттеріндегі ыдырау тез арада жинақталады. Бұл жағдайда ыдырауды қысқартуға болады, осылайша шексіз қосынды ақырлыға ауыстырылуы мүмкін. Содан кейін меншікті вектор теңдеуіндегі қысқартылған күй векторын ауыстыру

${ displaystyle H | p rangle = M | p rangle,}$

біреуі Fock толқынының функциялары үшін ақырлы интегралдық теңдеулер жүйесін алады ${ displaystyle psi _ {n}}$ оны сандық түрде шешуге болады. Ілінісу константасының кішілігі қажет емес. Сондықтан қысқартылған ерітінді тербелмейді. Бұл өріс теориясына әзірленген және қазіргі уақытта QED-ге қолданылатын бейресми тәсілдің негізі.^{[79][80][81][82][83]} және Юкава моделі.^[84][85]

Бұл жолдағы басты қиындық - бұл ренормалданғаннан кейін шексіздіктің жойылуын қамтамасыз ету. Пертурбативті тәсілде өрістің қайта қалыпқа келтірілетін теориясы үшін байланыстыру константасының кез-келген тіркелген тәртібінде бұл жою ренормализация процедурасының қосымша өнімі ретінде алынады. Алайда, күшін жоюды қамтамасыз ету үшін берілген тәртіп бойынша графиктердің толық жиынтығын ескеру қажет. Осы графиктердің кейбірін алып тастау жойылуды бұзады және шексіздіктер ренормалданғаннан кейін қалады. Бұл Fock кеңістігін қысқартудан кейін болады; қиылған ерітіндіні байланыстыру константасы бойынша шексіз қатарға ыдыратуға болатындығына қарамастан, кез-келген тәртіпте қатарда толқынды графиктердің толық жиынтығы болмайды. Сондықтан стандартты қалыпқа келтіру схемасы шексіздікті жоймайды.

Бродский және басқалардың көзқарасында.^[79] шексіздіктер жойылмаған күйде қалады, дегенмен, кесілгеннен кейін сақталатын секторлардың саны көбейген сайын, нәтижелердің тұрақтылық шегі де өседі деп күтілуде. Бұл тұрақтылық үстіртіндегі мән физикалық мән ретінде алынған нақты шешімге жуықтау ғана.

Секторға тәуелді тәсіл^[85][86] кез-келген кесу үшін шексіздіктің жойылуын қалпына келтіретін етіп салынған. Контртерменттердің мәндері әр салада бірмәнді тұжырымдалған ережелер бойынша құрылады. Фоктың үш секторын сақтай отырып, қысқартуда фермионның аномальды магниттік моментінің сандық нәтижелері шекті мәннің ұлғаюына қатысты тұрақты болып табылады.^[87] Алайда, толқындық функцияларды интерпретациялау, теріс мәніне байланысты Паули-Вилларс регуляцияға енгізілген мемлекеттер проблемалы болып қалады.^[88] Секторлар саны көбейгенде, екі схемадағы нәтижелер бір-біріне бейім болып, нақты шешім қабылдауға жақындауы керек.

Жеңіл-алдыңғы қатарлы кластерлік тәсіл^[89] (қараңыз Жеңіл-алдыңғы есептеу әдістері # Жеңіл-алдыңғы біріктірілген-кластерлік әдіс ), Fock-space қысқартудан аулақ болыңыз. Бұл тәсілді қолдану енді басталады.

Адрондардың құрылымы

Амплитудалық деңгейде адрондардың концептуалды-математикалық дәл теориялық сипаттамасын қажет ететін тәжірибелерге мыналар кіреді: нуклондар мен мезондардың құрылымы, ауыр кварк жүйелері мен экзотиктер, адрондардағы кварк пен глюонның таралуы, ауыр иондардың соқтығысуы және басқалары. . Мысалы, LFQCD протонның спиндік құрамының микроскопиялық бастауларын және толқындық функциялар тұрғысынан партоникалық компоненттер арасында меншікті және кеңістіктік бұрыштық моменттің қалай бөлінетіндігін abititio түсіну мүмкіндігін ұсынады. Бұл шешілмеген проблема, өйткені эксперименттер протон спинінің ең үлкен компоненттерін әлі тапқан жоқ. Бұрын жетекші тасымалдаушылар деп есептелген компоненттер кварктарда жалпы спиннің аз мөлшерін алып жүретіні анықталды. Парпонның жалпыланған үлестірілімдері (GPD) спин құрамының әрбір компонентін сандық бағалау үшін енгізілді және терең виртуалды Комптон шашырауының (DVCS) эксперименттік өлшемдерін талдау үшін қолданылды. Тағы бір мысал ретінде, LFQCD әлі байқалмаған экзотиктердің масса, кванттық сандары мен енін, мысалы, желім шарлары мен гибридтерін болжайды.

Жоғары температура мен тығыздықтағы QCD

Сияқты акселераторларда негізгі бағдарламалар бар GSI -СӨЖ, CERN -LHC, және BNL -RHIC заттың жаңа күйінің қасиеттерін зерттеу үшін кварк-глюонды плазма, және басқа ерекшеліктері QCD фазалық диаграммасы. Ерте ғаламда температура жоғары болды, ал бариондардың тығыздығы төмен болды. Керісінше, жылы ықшам жұлдыздық нысандар, температура төмен, ал барион тығыздығы жоғары. QCD екі шекті сипаттайды. Алайда, сенімді пертурбативті есептеулерді асимптотикалық үлкен температурада және тығыздықта ғана жүргізуге болады, мұнда QCD-ның жұмыс істейтін константасы асимптотикалық еркіндіктің арқасында аз болады, ал торлы QCD тек төмен химиялық потенциалда (барион тығыздығы) ақпарат береді. Осылайша, көптеген шекара сұрақтарына жауап беру керек. Фазалық ауысулардың табиғаты қандай? Материал фаза шекаралары маңында өзін қалай ұстайды? Ауыр иондардың уақытша соқтығысуындағы ауысудың байқалатын қолтаңбалары қандай? LFQCD осы мәселелерді шешуге жаңа жол ашады.

Соңғы жылдары жарық функциясын кванттауда бөлу функциясын тікелей есептеудің жалпы формализмі дамыды және LFQCD бөлімінде осы бөлу функциясын бағалаудың сандық әдістері жасалуда.^{[90][91][92][93][94][95][96]} Алдыңғы жарық кванттауы бөлу функциясы мен температураның жаңа анықтамаларына әкеледі, олар жылу және статистикалық жүйелердің кадрға тәуелсіз сипаттамасын бере алады.^[91][92] Мақсат - QCD торын қуаттылықпен салыстыруға болатын құралды құру, бірақ бөлу функциясын эксперименттік мәліметтер қол жетімді жерде соңғы химиялық потенциалға дейін кеңейту.

Сондай-ақ қараңыз

• Жеңіл алдыңғы кванттау
• Жеңіл-алдыңғы есептеу әдістері
• Өрістің кванттық теориялары
• Кванттық хромодинамика
• Кванттық электродинамика
• Алдыңғы жарық голография

Әдебиеттер тізімі

Сыртқы сілтемелер

• ILCAC, Inc., the International Light-Cone Advisory Committee.
• Жарық фронт динамикасы туралы жарияланымдар, А.Хариндранат жүргізеді.