Предисловие редактора перевода

В предлагаемой читателю монографии Дж. Тейлора дается систематическое изложение бурно развивающейся в последние годы и еще далекой от своего завершения калибровочной теории слабых взаимодействий. В. основе этой теории лежат три основные идеи: объединение калибровочной и изотопической симметрии в полях Янга — Миллса, спонтанное нарушение симметрии и требование перенормируемости теории. Задача состоит, во-первых, в том, чтобы доказать возможность построения теоретически непротиворечивых квантово-полевых моделей в рамках изложенных требований, и, во-вторых, в том, чтобы найти среди чрезвычайно многих возможных ту единственную модель, которая правильно описывала бы поведение элементарных частиц в процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями. Как уже говорилось, эта теория еще находится в стадии разработки и еще во многом может измениться как с точки зрения методов ее построения (хотя основные идеи, по-видимому, уже определились), так и с точки зрения выбора модели, описывающей эксперимент. Тем не менее в данной области проделано очень много работы, и необходим своего рода обзор, который подытожил бы результаты более чем десятилетних исследований.

Эту задачу и выполняет предлагаемая монография. Читателю, мало знакомому с предметом, она даст возможность быстро войти в курс обсуждаемых проблем. Обширная библиография позволит ему глубже ознакомиться с интересующими его вопросами.

Хотя книга отличается некоторой неровностью стиля (одни вопросы, казалось бы довольно простые, разбираются Очень подробно, тогда как о более сложных проблемах

говорится как бы мимоходом), это, по-видимому, неизбежно при изложении столь бурно развивающейся теории. Мы не пытались внести в текст какие-либо исправления или добавления (если не считать исправления немногочисленных мелких опечаток), полагая, что необходимо время, за которое одни вопросы будут решены, а другие отпадут, и тогда появится новая книга, излагающая новые, более установившиеся результаты.

Книга Дж. Тейлора несомненно представит интерес для физиков, изучающих теорию элементарных частиц.

Г. В. Ефимов

Предисловие к русскому изданию

В данном предисловии я прежде всего считаю нужным отметить некоторые успехи, достигнутые в физике калибровочных теорий за три года, прошедших со времени написания книги.

Новые частицы

Открытие очарованных мезонных резонансов а также экспериментальные данные о возможном существовании странных очарованных мезонов явились подтверждением важных предсказаний четырехкварковой модели (гл. 9, § 6). Так, например, -мезон был обнаружен в канале а не что в точности соответствует предполагаемому связанному состоянию в котором распад с-кварка с испусканием -кварка обусловливается взаимодействием с заряженным током в выражении (9.11).

Теперь стало общепринятым считать, что узкие резонансы а также другие близлежащие резонансы представляют собой связанные состояния при этом удается по крайней мере качественно объяснить спектроскопию данных состояний. Таким образом, изложенная в гл. 9 четырехкварковая модель, по-видимому, в какой-то мере верна.

И все же она, вероятно, не полностью соответствует действительности. Дело в том, что при. энергии был открыт тяжелый лептон [1], а в области энергий были обнаружены частицы (называемые ипсилон-частицами), распадающиеся на и [2]. Не исключено, что все они, по аналогии с представляют собой связанные состояния пятого, более тяжелого, кварка и соответствующего антикварка. Если принять, что лептонов больше четырех, то с теоретической точки зрения оправданным будет и введение более четырех кварков, поскольку тогда удается обосновать сокращение -аномалий (гл. 13, § 5). Указанные частицы приводят к необходимости введения по крайней мере одного нового лептонного дублета и одного нового кваркового

дублета, преобразующихся по представлению группы

Нейтральные токи

Экспериментальная ситуация в отношении рассеяния нейтрино за счет обмена без перезарядки существенно не изменилась. Все эксперименты согласуются со значением в модели Вейнберга — Салама, лежащим в интервале от 0,2 до 0,3 (гл. 8 и 9).

Были проведены эксперименты, целью которых было обнаружение несохранения четности во взаимодействии электронов с нуклонами, обусловленном нейтральными токами, причем методика была основана на измерении оптического вращения в парах висмута [3] (гл. 9, § 4). Эффекты нарушения не наблюдались, а верхняя граница оказалась значительно ниже значений, предсказываемых моделью Вейнберга-Салама, хотя, конечно, нельзя быть уверенным, что атомная физика до конца понята нами. Если же отрицательный результат соответствует истине, то это требует введения некоторых новых мультиплетов группы содержащих правосторонние электроны, и, возможно, расширения группы симметрии, позволяющего включить в рассмотрение две нейтральные -частиды. Правда, в подобных моделях приходится уделять особое внимание подавлению вкладов правосторонних состояний в нейтринное рассеяние.

Масса хиггсовской частицы

Из теоретических соображений, указанных независимо Вейнбергом и Линде [4], вытекает интересное ограничение снизу на значение массы хиггсовской частицы (гл. 9, § 5). Эти соображения сводятся к тому, что если параметр К в формулах (8.29) и (8.33) сделать достаточно малым, то однопетлевые вклады в эффективный потенциал определяемый выражением (15.10), станут весьма существенными и приведут к неравенству Таким образом, хиггсовское вакуумное состояние не будет стабильным. В общем случае подобные рассуждения дают нижнюю границу порядка или т. е. порядка нескольких гигаэлектрон-вольт. Для модели Вейнберга — Салама при значении угла определенном из эксперимента, нижняя граница составляет примерно

Калибровочные теории сильных взаимодействий

В последнее время много внимания уделялось гипотезе о том, что силы взаимодействия между кварками определяются калибровочной инвариантностью относительно

локальной группы ненарушенной симметрии цвет («квантовая хромодинамика» или сокращенно ) (гл. 18, § 4, 5).

Что касается вопроса об инфракрасной расходимости (гл. 4, § 4), то во многих случаях теперь уже доказано, что в неабелевых теориях безмассовых частиц, так же как и в квантовой электродинамике, инфракрасные расходимости диаграмм с испусканием реальных и виртуальных частиц взаимно сокращаются в каждом порядке теории возмущений. Попытки выхода за рамки теории возмущений осложняются тем, что хотя поведение инвариантного заряда в инфракрасной области не известно, по всей видимости, для асимптотически свободных теорий (гл. 18, § 5) он должен быть большим.

Большие надежды в отношении проверки в рамках теории возмущений возлагаются на эксперименты при высоких энергиях, например по -аннигиляции, в которых были обнаружены адронные струи. Такие струи следует, видимо, рассматривать как результат распада виртуальных кварков. Рождение виртуальных кварков и глюонов (второй термин относится к квантам цветного поля Янга-Миллса) можно рассчитать методом обычной теории возмущений, так как в области высоких энергий эффективная константа связи мала. Но тогда наблюдаемое распределение струй, по-видимому, можно будет извлечь из распределения виртуальных кварков и глюонов, причем процедура извлечения не будет существенно зависеть от низкоэнергетических процессов удержания партонов, которыми обусловлено преобразование продуктов распада в наблюдаемые адроны. Весьма интересным было бы детектирование «глюонной струи».

Что касается методов, не связанных с теорией возмущений, то здесь большие успехи достигнуты в изучении точных решений классических уравнений Янга — Миллса. Оказалось, что обычные уравнения Янга — Миллса не имеют статических решений с конечной энергией, подобных монопольному решению модели Хиггса, и в то же время [в случае группы решения были найдены для уравнений поля в четырехмерном евклидовом пространстве, в котором время — мнимая величина [5]. Такие классические решения можно интерпретировать по аналогии с решениями, возникающими при полуклассическом описании прохождения частиц через потенциальный барьер (при котором кинетическая энергия будет отрицательной, а скорость — мнимой). В данном случае потенциалы Янга — Миллса при оказываются калибровочными, т. е. калибровочные функции при не переходят при калибровочных преобразованиях непрерывно друг в друга, так как последние

тождественны при (Это утверждение становится точным, если ограничиться калибровкой, в которой следовательно, остается только калибровочная степень свободы, не зависящая от времени.) Итак, прохождение через потенциальный барьер можно интерпретировать как переход между топологически различающимися состояниями, причем истинный вакуум будет, вообще говоря, линейной комбинацией таких состояний [6, 7]. В связи с этим неожиданно оказываются весьма перспективными неабелевы калибровочные теории. В слабых взаимодействиях амплитуды указанных переходов могли бы приводить к экспоненциально малому нарушению некоторых законов сохранения (типа сохранения CP-четности и лептонного числа) [8].

В заключение хочу сказать несколько слов о библиографических ссылках в данной книге Они были рассчитаны на читателя, владеющего английским языком, для которого могли бы служить ориентиром при углубленном изучении предмета. Но они не соответствуют истории развития предмета. Так, например, приведенные ссылки не совсем точно отражают ту важную роль, которую сыграли брюссельская и утрехтская школы. Конечно, есть много работ, ссылки на которые были бы более уместны в русском издании книги (примером может служить не упомянутое мной в гл. 7, § 4, решение для магнитного монополя, найденное независимо А. М. Поляковым). Приношу читателям русского издания книги свои извинения за то, что ссылки на литературу неполны в этом отношении.

Ноябрь 1977 г. Дж. Тейлор

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)