Теория Редже
В квантовой физике теория Редже ( / ˈr ɛ dʒ eɪ ay / REJ - , Итальянский: [ˈrɛddʒe] ) — это исследование аналитических свойств рассеяния как функции углового момента , где угловой момент не ограничивается целым числом, кратным ħ , но может принимать любое комплексное значение . Нерелятивистская теория была разработана Туллио Редже в 1959 году. [1]
Подробности [ править ]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Chew-Frautschi_plot.svg/220px-Chew-Frautschi_plot.svg.png)
Простейший пример полюсов Редже представляет собой квантовомеханическая трактовка кулоновского потенциала. или, другими словами, квантовомеханической трактовкой связывания или рассеяния электрона массы и электрический заряд от протона массы и зарядить . Энергия энергия связи электрона с протоном отрицательна, тогда как энергия рассеяния положительна. Формулой энергии связи является выражение
где , – постоянная Планка, а - диэлектрическая проницаемость вакуума. Главное квантовое число находится в квантовой механике (путем решения радиального уравнения Шредингера ), которое определяется выражением , где - радиальное квантовое число и квантовое число орбитального углового момента. Решая приведенное выше уравнение для , получаем уравнение
Рассматривается как сложная функция это выражение описывает в комплексе -плоскость — путь, который называется траекторией Редже . Таким образом, в этом рассмотрении орбиталь импульс может принимать комплексные значения.
Траектории Редже можно получить и для многих других потенциалов, в частности и для потенциала Юкавы . [2] [3] [4]
Траектории Редже появляются как полюса амплитуды рассеяния или в связанных с ними -матрица. В случае рассмотренного выше кулоновского потенциала это -матрица задается следующим выражением, что можно проверить, обратившись к любому учебнику по квантовой механике:
где гамма -функция , обобщение факториала . Эта гамма-функция является мероморфной функцией своего аргумента с простыми полюсами в точках . Таким образом, выражение для (гамма-функция в числителе) имеет полюсы именно в тех точках, которые заданы приведенным выше выражением для траекторий Редже; отсюда и название полюсов Редже.
и последствия История
Основной результат теории состоит в том, что амплитуда рассеяния при потенциальном рассеянии растет как функция косинуса угла рассеяния как степени, которая меняется с изменением энергии рассеяния:
где - нецелое значение углового момента потенциально связанного состояния с энергией . Она определяется путем решения радиального уравнения Шрёдингера и плавно интерполирует энергию волновых функций с разными угловыми моментами, но с одинаковым радиальным числом возбуждения . Траекторная функция является функцией для релятивистского обобщения. Выражение известна как функция траектории Редже, и когда она является целым числом, частицы образуют фактическое связанное состояние с этим угловым моментом. Асимптотическая форма применяется, когда намного больше единицы, что не является физическим пределом нерелятивистского рассеяния.
Вскоре после этого Стэнли Мандельштам заметил, что в теории относительности чисто формальный предел большой близок к физическому пределу — предел большого . Большой означает большую энергию в пересеченном канале, где одна из входящих частиц имеет энергетический импульс, который делает ее энергичной выходящей античастицей. Это наблюдение превратило теорию Редже из математической диковины в физическую теорию: она требует, чтобы функция, определяющая скорость спада амплитуды рассеяния при рассеянии частица-частица при больших энергиях, была такой же, как функция, определяющая энергии связанных состояний для Система частица-античастица как функция углового момента. [5]
Переключатель потребовал замены переменной Мандельштама. , который представляет собой квадрат энергии, для , который представляет собой квадрат переданного импульса, который для упругих мягких столкновений одинаковых частиц равен s, умноженному на единицу, минус косинус угла рассеяния. Отношение в пересеченном канале становится
который говорит, что амплитуда имеет разный степенной закон спада в зависимости от энергии под разными соответствующими углами, где соответствующими углами являются углы с одинаковым значением . Он предсказывает, что функция, определяющая степенной закон, является той же функцией, которая интерполирует энергии, в которых возникают резонансы. Диапазон углов, при которых рассеяние может быть продуктивно описано теорией Редже, при больших энергиях сужается до узкого конуса вокруг линии луча.
В 1960 году Джеффри Чу и Стивен Фраучи на основе ограниченных данных предположили, что сильно взаимодействующие частицы имеют очень простую зависимость квадрата массы от углового момента: частицы попадают в семейства, где функции траектории Редже представляют собой прямые линии: с той же константой для всех траекторий. Позднее стало понятно, что прямолинейные траектории Редже возникают из безмассовых конечных точек вращающихся релятивистских струн. Поскольку описание Редже подразумевало, что частицы представляют собой связанные состояния, Чу и Фраучи пришли к выводу, что ни одна из сильно взаимодействующих частиц не является элементарной.
Экспериментально, поведение рассеяния в ближнем направлении действительно уменьшалось с увеличением угла, как это объясняется теорией Редже, что заставило многих признать, что частицы в сильных взаимодействиях являются составными. Большая часть рассеяния была дифракционной , а это означает, что частицы вообще почти не рассеиваются — оставаясь близко к линии луча после столкновения. Владимир Грибов отметил, что граница Фруассара в сочетании с предположением о максимально возможном рассеянии подразумевает существование траектории Редже, которая приведет к логарифмически растущему сечению, траектории, ныне известной как померон . Далее он сформулировал количественную теорию возмущений для рассеяния на ближних линиях пучка, в котором доминирует многопомеронный обмен.
Из фундаментального наблюдения о том, что адроны являются составными, возникли две точки зрения. Некоторые правильно утверждали, что существуют элементарные частицы, ныне называемые кварками и глюонами, которые создали квантовую теорию поля, в которой адроны являются связанными состояниями. Другие также правильно считали, что можно сформулировать теорию без элементарных частиц, где все частицы представляют собой связанные состояния, лежащие на траекториях Редже и самосогласованно разлетающиеся. Это называлось S теорией -матрицы .
Самый успешный подход S -матрицы был основан на приближении узкого резонанса, идее о том, что существует последовательное расширение, начиная со стабильных частиц на прямолинейных траекториях Редже. После многих фальстартов Ричард Долен, Дэвид Хорн и Кристоф Шмид поняли важнейшее свойство, которое привело Габриэле Венециано к формулировке амплитуды самосогласованного рассеяния — первой теории струн . Мандельштам отмечал, что предел, при котором траектории Редже являются прямыми, является также пределом, при котором время жизни состояний велико.
В качестве фундаментальной теории сильных взаимодействий при высоких энергиях теория Редже пользовалась интересом в 1960-х годах, но на смену ей в значительной степени пришла квантовая хромодинамика . Как феноменологическая теория, она до сих пор остается незаменимым инструментом для понимания рассеяния в ближних линиях и рассеяния при очень больших энергиях. Современные исследования сосредоточены как на связи с теорией возмущений, так и с теорией струн.
См. также [ править ]
Как теория Редже возникает из квантовой хромодинамики на больших расстояниях?
Ссылки [ править ]
- ^ Редже, Т. (1959). «Введение в сложные орбитальные моменты». Иль Нуово Чименто . 14 (5). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 951–976. Бибкод : 1959NCim...14..951R . дои : 10.1007/bf02728177 . ISSN 0029-6341 . S2CID 8151034 .
- ^ Харальд Дж. В. Мюллер-Кирстен: Введение в квантовую механику: уравнение Шредингера и интеграл по траектории, 2-е изд., World Scientific (2012), стр. 395-414
- ^ Мюллер, Харальд Дж.В. (1965). «Полюсы Редже в нерелятивистском потенциальном рассеянии». Анналы физики (на немецком языке). 470 (7-8). Уайли: 395-411. Бибкод : 1965АнП...470..395М . дои : 10.1002/andp.19654700708 . ISSN 0003-3804 .
- ^ Мюллер, HJW; Шильчер, К. (1968). «Рассеяние высоких энергий для потенциалов Юкавы». Журнал математической физики . 9 (2). Издательство АИП: 255–259. дои : 10.1063/1.1664576 . ISSN 0022-2488 .
- ^ Грибов, В. (2003). Теория комплексного углового момента . Издательство Кембриджского университета. Бибкод : 2003tcam.book.....G . ISBN 978-0-521-81834-6 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Коллинз, PDB (1977). Введение в теорию Редже и физику высоких энергий . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-21245-8 .
- Иден, Р.Дж. (1971). «Полюса Редже и элементарные частицы». Реп. прог. Физ . 34 (3): 995–1053. Бибкод : 1971РПФ...34..995Е . дои : 10.1088/0034-4885/34/3/304 . S2CID 54093447 .
- Ирвинг, AC; Уорден, Р.П. (1977). «Феноменология Редже». Физ. Представитель . 34 (3): 117–231. Бибкод : 1977PhR....34..117I . дои : 10.1016/0370-1573(77)90010-2 .
- Логан, Роберт К. (1965). «Анализ одного полюса Редже π − p cex Scattering». Phys. Rev. Lett . 14 (11): 414–416. Bibcode : 1965PhRvL..14..414L . doi : 10.1103/physrevlett.14.414 .
Внешние ссылки [ править ]
- Енковский; Мартынов; Пакканони (1996). «Модель Редже-поля для фоторождения векторных мезонов в HERA». arXiv : hep-ph/9608384 .
- Кайдалов (2001). «Поляки Редже в КХД». На переднем крае физики элементарных частиц . стр. 603–636. arXiv : hep-ph/0103011 . Бибкод : 2001afpp.book..603K . дои : 10.1142/9789812810458_0018 . ISBN 978-981-02-4445-3 . S2CID 119488011 .
- Мартынов; Предацци; Прокудин (2002). «Универсальная модель полюса Редже для исключительного фоторождения всех векторных мезонов реальными и виртуальными фотонами» . Европейский физический журнал C (представлена рукопись). 26 (2): 271–284. arXiv : hep-ph/0112242 . Бибкод : 2002EPJC...26..271M . дои : 10.1140/epjc/s2002-01058-5 . S2CID 15726077 .
- Олег Андреев; Уоррен Сигел (2004). «Квантованное напряжение: струнные амплитуды с полюсами Редже и партонным поведением». Физический обзор D . 71 (8): 086001. arXiv : hep-th/0410131 . Бибкод : 2005PhRvD..71h6001A . doi : 10.1103/PhysRevD.71.086001 . S2CID 13960304 .
- Бигацци; Котроне; Мартуччи; Пандо Заяс (2004). «Петля Вильсона, траектория Редже и массы адронов в теории Янга-Миллса на основе полуклассических струн». Физический обзор D . 71 (6): 066002. arXiv : hep-th/0409205 . Бибкод : 2005PhRvD..71f6002B . doi : 10.1103/PhysRevD.71.066002 . S2CID 6142141 .