Талаанын квант теориясы

Талаанын квант теориясы – элементардык бөлүкчөлөрдүн жана алардын өз ара аракеттешүүсүнүн релятивдик квант теориясы.

Бул теория салыштырмалуулук теориясы, квант механикасы жана себептүүлүк принцибине негизделген. Себептүүлүк принциби боюнча себептүүлүк дайыма натыйжадан мурда жүрөт.

Кадимки квант механикасынан Талаанын квант теориясына өтүү жогорку релятивдик энергиялуу аймакка жылышуусу катары каралып, Талаанын квант теориясы ошол аймакка квант (релятивдик эмес) механикасынын принциптерин жалпылоодон келип чыккан. Квант механикасы бөлүкчөлөрдүн саны өзгөрбөгөн системаларды жазып баяндайт. Ал эми системаларда бөлүкчө-лөрдүн саны такай өзгөрүп турса, анда мындай процесстерди жазуу үчүн квант теориясын андан ары өркүндөтүүгө туура келет. Өз ара аракеттешүүдө бөлүкчөлөр жаралат жана жутулат. Микродүйнөнүн эң жалпы жана өтө таң калтырган өзгөчөлүгү – бөлүкчөлөрдүн бири бирине өз ара айлануучу универсалдык касиети. Бөлүкчөлөр өз алдынча же бири бирине кагылышууда пайда болот. Бул табигый эле болуучу процесс жана бүтүндөй элементардык бөлүкчөлөрдү кучагына алат.

Ушундай типтеги биринчи белгилүү процесс – электр-магниттик толкундардын нурланышы, ушул нурланыштын кванттары – фотондордун жаралышы жана жутулушу окуп-үйрөнүлгөн. Мындан 60 жыл мурда Талаанын квант теориясы, б. а. электр-магниттик Талаанын квант теориясы – квант электр-динамикасы (КЭД) түзүлгөн.

Мааниси боюнча Талаанын квант теориясы элементардык бөлүкчөлөрдүн теорияларынын жаңы варианты болуп каралат жана физикалык теориялардын фундаменталдууларынын негизгиси катары эсептелинет. Бул теория боюнча ар бир бөлүкчөгө өздөрүнүн түрлөрүнө ылайык келген талаа болот. Мис., фотондордун электр-магниттик талаасы, электрондук-позитрондук талаа, пиондук талаа ж. б. Кыскасы ар бир талаа бөлүкчөлөр коллективи деп, о. эле бөлүкчөлөр тобу кандайдыр бир талаа деп каралат. Талаанын квант теориясынын чегинде талаалар жана бөлүкчөлөр бирдей негизде түшүндүрүлөт (бул Талаанын квант теориясынын «экинчи квантталышы» деп аталат).

Демек, Талаанын квант теориясы квант механикасын андан ары релятивдик ылдамдык аймагына жөн эле жайылтпайт, анткени бул аймакта жаңы эффекттердин орун алышына мүмкүндүк түзүлөт. Мында жалаң массалары нөлгө барабар болгон фотондор гана жаралып жана жоюлушпастан, массалары нөл болбогон пиондор да жаралат. Бул бөлүкчөлөрдүн ар бири өздөрүнө туш келген өз ара аракеттешүүлөрдүн кванттары болуп эсептелет жана ушул типтеги процесстерди жазууда Ψ(r, t) кванттык толкун талаасына өтүү талап кылынат, б. а. чексиз көп сандагы эркин даражаларга ээ болгон системалардын (классикалык бөлүкчөлөр үч гана эркин даражага ээ) квант теориясы түзүлүп, Талаанын квант теориясы деп аталды. Чексиз сандагы эркин даражага ээ болгон системага электр-магниттик талаа кирет. Анткени электр-магниттик талааны жазыш үчүн электрдик жана магниттик талаалардын чыңалыштарын мейкиндиктин ар бир чекитинде ар кандай убакыттар үчүн берүү талап кылынат. Булардан айырмаланып, бөлүкчөлөрдүн абалы ар кандай убакытта үч координата менен аныкталат.

Талаанын квант теориясыда талаанын нурланышын, квантталган толкундардын (же бө-лүкчөлөрдүн) дүүлүгүшүн, алардын жаралыштарын жана жутулуштарын кароого алып келет. Квантталган талааларда бөлүкчөлөрдүн санынын өзгөргөнү өз ара аракеттешүүнүн негизинде пайда болот. Мис., классикалык электр-динамикага өтүү талааны кадимки «классикалык» жол менен пайда кылуунун (дүүлүктүрүүнүн) ордуна ага дал келген талаанын кванты, фотондун пайда болушун коёт. Бул учурда заряддар арасындагы аракеттешүүлөрдө заряддардын бири фотондорду чыгарат, ал эми башкасы жутат, б. а. фотондорду алмаштыруунун натыйжасы катары каралат.

Классикалык электр-динамикада ж. б. кванттык талаа теорияларындагы өз ара аракеттешүүлөрдү түшүндүрүү үчүн, Р.Фейнман сунуш кылган кичинекей сүрөттөлүштөр пайдаланылат. Ал Фейнман диаграммалары же графиктери деп аталат. Булар Талаанын квант теориясы процесстерин иллюзиялык түшүндүрөт. Бул графикте электрон фотонду чыгарат, анан башка электронго жутулат, ошонун натыйжасында электрондор арасында электр-магниттик өз ара аракеттешүү келип чыгат. Азыркы күндө Талаанын квант теориясы ар кандай талааларды акырындап бириктирүү, өз ара аракеттешүүлөрдүн бирдиктүү сүрөттөлүшүн түзүү жолу менен өнүгүүдө. Бул жолдо биринчи өтө ийгилүктүү кадам болуп электр-магниттик (фотондук) жана электрон-позитрондук талаалардын аракеттешүүлөрүн кароочу квант электр-динамикасынын түзүлүшү эсептелет. Андан кийинки кадам (1970-ж-дын аягы) электр-начар өз ара аракеттешүүлөрдүн бирдиктүү теориясынын түзүлүшү. Мындан начар талаа, анын кванттары (W+, W-, Z0- бозондор) жана электр-магнит талаа өзүнүн фотондору менен бирдикте каралып, бирдиктүү электр-начар өз ара аракеттешүүлөрдүн теориясын берет. Азыркы күндө улуу биригишүү деген, б. а. начар, электр-магниттик жана күчтүү өз ара аракеттешүүлөрдү бириктирген теорияны түзүү иштери иштелүүдө. Ал эми кийинки кадам, мүмкүн бул изилдөө-лөргө 4-гравитациялык өз ара аракеттешүүнү камтыган супербиригүү (же суперсимметрия деп аталат) теориясы түзүлүшү ыктымал. Акыркы кварктар менен глюондордун ортосундагы байланышты жазып мүнөздөө үчүн 1960-ж-дын орто ченинде өзгөчө Талаанын квант теориясы сунуш кылынган. Бул теория түстөрдүн квант динамикасы же жөн эле квант хромодинамикасы (К. х. д.) деп аталат. Бул теория бардык жагынан классикалык электр-диниамикага абдан окшош жана азыркы күнгө дейре өзүн актоодо, ал теория берген натыйжалар экспериментте алынган натыйжаларга дал келүүдө.

К. х. д. менен классикалык электр-диниамикасынын айырмасы – классикалык электр-диниамикада алынган электрондордун ордуна К.х.д-да үч түстөгү жана ар түрлүү ароматтагы кварктар, ал эми классикалык электр-диниамиканын кванты болгон фотондун ордуна 8 түстүү глюондор алынат. Бул изилдөө-лөр бөлүкчөлөрдүн жаралышы жана жутулушу жөнүндөгү талаанын жалпы теориясын андан ары өркүндөттүү, о. эле принциптүү маанидеги бир топ кыйынчылыктар да келип чыкты. Талаанын квант теориясыны түзүү бир канча татаал жана бул теория алиге чейин да толук түзүлүп бүтө элек.

Ад.: Боголюбов Н.Н., Широков Д.В. Введение в теории квантовых полей. –М.: 1957; Григорьев В.И. Квантовая теория поля. –М.: 1977; Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. -М.: 1988.

Колдонулган адабияттар

• Мамлекеттик тил жана энциклопедия борбору. Физика. Энциклопедиялык окуу куралы. 2004 Бишкек. ISBN 9967-14-010-0