Наивная кварковая модель

На фраскатевской весенней школе Роберт Джаффе рассказывал про экзотические адроны и дикварковые корреляции. Про дикварки напишу попозже, а пока расскажу про наивную кварковую модель, про ее достоинства и недостатки. Признаться, некоторые из перечисленных Джаффе пунктов мне ранее в голову не приходили, поэтому я и хочу поделиться с другими.

Итак, кварковая модель адронов -- это представление о том, что покоящийся адрон состоит из "кирпичиков": конституэнтных кварков. Свойства адронов должны получаться из свойств этих кварков и из взаимодействия между ними. Взаимодействие -- вещь очень важная, поскольку в квантовой теории поля взаимодействие -- это обмен виртуальными частицами, а значит эти виртуальные частицы становятся динамическими степенями свободы.

Наивная кварковая модель -- это утверждение о том, что никакие иные степени свободы, кроме собственно конституэнтных кварков, не рассматриваются. Т.е. динамические степени свободы, связанные с взаимодействием, не принимаются во внимание.

ДОСТОИНСТВА наивной кварковой модели:

• Самый главный плюс наивной кварковой модели -- это то, что она, будучи чрезвычайно простой моделью, неплохо работает при описании статических свойств адронов. Для любого из известных на сегодня адронов (а их уже под 300) существует кварковая интерпретация. При классификации адронов кварковая модель работает гораздо успешнее, чем ее конкуренты: модель киральных солитонов и др.
  
• Имеется довольно хорошее согласие с иерархией магнитных моментов, массовым расщеплением мультиплетов и т.п.
  
• Известно, что при высоких энергиях основными внутренними степенями свободы в адроне являются партоны, что надежно подтверждено экспериментом. Конституэнтные кварки для покоящегося адрона хорошо сопоставляются с партонами того же адрона в движении. Партоны и конституэнтные кварки -- это, конечно, разные объекты, но хорошо, что между ними есть сопоставление.
  

НЕДОСТАТКИ наивной кварковой модели с точки зрения феноменологии:

• наивная кварковая модель почти ничего не может сказать о динамике адронов. Она не может предсказать ширины адронов, кроме самых общих слов о подавленных и неподавленных распадах.
  
  
• наивная кварковая модель может обьяснить расщепление мультиплетов, но не может дать общий масштаб масс адронов, в особенности для адронов из легких кварков. Действительно, известно, что масса протона определяется в основном массой цветового поля, за счет которого кварки взаимодействуют, а не массой самих легких кварков.
  
• Наивная кварковая модель бессильна обьяснить отсутствие экзотических адронов. В эксперименте мы имеем дело с выдающимся фактом: "принцип надстройки" (чтобы построить следующие по списку частицы, надо просто добавить еще горстку "кирпичиков"), который великолепно работал в атомной и ядерной физике, совершенно не соблюдается в физике адронов. Действительно, более тяжелые барионы состоят тоже из трех кварков, и нам вовсе не требуется добавлять кварки еще и еще. Шести-, девяти- и т.д. кварковые конструкции -- это вовсе не тяжелы барионы, а уже ядра!
  
• Наивная кварковая модель предсказывает примерную иерархию квантовых чисел супермультиплетов. Например, самыми легкими среди мезонов должны быль псевдоскалярные и векторные мезоны, а скалярные или псевдовекторные должны быть тяжелее. Это более-менее и наблюдается в эксперименте за исключением одного прокола: имеется "лишний" супермультиплет ненормально легких скалярных мезонов. Наивная кварковая модель бессильна в обяснении этого явления.
  

НЕДОСТАТКИ наивной кварковой модели с точки зрения теории:

• Кварковая модель -- это не настоящая квантово-полевая конструкция. Это лишь релятивизованная квантово-механическая модель.
  
• Кварковая модель не является первым приближением какой-либо более точной и строгой теории. Совершенно непонятно, есть ли способ улучшить предсказания кварковых моделей с опмощью какого-либо регулярного метода.
  

Мне кажется, полезно всегда помнить эти плюсы и минусы, когда идет речь о кварковых моделях.

[Комментарии на Элементах]