Докторант
  1. Classical mechanics  1.1. Newtonian mechanics  1.1.1. Законы движения в ньютоновской механике  1.1.2. Динамика частиц и систем  1.1.3. Conservation laws  1.1.4. Central force motion  1.2. Механика Лагранжа  1.2.1. Principle of minimum action  1.2.2. Уравнения Эйлера–Лагранжа  1.2.3. Constraints and normalized coordinates  1.2.4. Теорема Нётер  1.3. Гамильтоновая механика  1.3.1. Уравнения Гамильтона  1.3.2. Каноническое преобразование  1.3.3. Poisson bracket  1.3.4. Переменные действия-угла  1.4. Подвижность твердого тела  1.4.1. Вращение твёрдых тел  1.4.2. Тензор момента инерции  1.4.3. Уравнения Эйлера в динамике твердого тела  1.4.4. Гироскопическое движение  1.5. Хаос и нелинейная динамика  1.5.1. Этапное пространство и аттракторы  1.5.2. Бифуркация и теория хаоса  1.5.3. Гамильтоновский хаос  1.5.4. Lyapunov exponent
  2. Электродинамика  2.1. Уравнения Максвелла  2.1.1. Закон Гаусса для электричества  2.1.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.1.3. Закон Фарадея  2.1.4. Закон Ампера  2.1.5. Граничные условия в уравнениях Максвелла  2.2. Electromagnetic waves  2.2.1. Уравнение волны  2.2.2. Поляризация  2.2.3. Отражение и преломление  2.2.4. Волноводы и резонаторы  2.3. Special relativity  2.3.1. Преобразования Лоренца  2.3.2. Релятивистская энергия и импульс  2.3.3. Относительная электродинамика  2.3.4. Пространство-время Минковского  2.4. Radiation and scattering  2.4.1. Дипольное излучение  2.4.2. Разложение в мультиполи  2.4.3. Комптоновское рассеяние  2.4.4. Рассеивание Томсона и Рэлейя  2.5. Физика плазмы  2.5.1. Экран Дебая  2.5.2. Магнитная гидродинамика  2.5.3. Нестабильность плазмы  2.5.4. Плазма Фузии
  3. Квантовая механика  3.1. Основы квантовой механики  3.1.1. Principles of quantum mechanics  3.1.2. Функция волны и интерпретация вероятности  3.1.3. Принцип неопределенности  3.1.4. Квантовое туннелирование  3.2. Уравнение Шрёдингера  3.2.1. Уравнение Шрёдингера, зависящее от времени  3.2.2. Уравнение Шрёдингера без времени  3.2.3. Собственные значения и собственные функции в уравнении Шрёдингера  3.2.4. Интегралы по траекториям в квантовой механике  3.3. Квантовые операторы  3.3.1. Коммутаторы и наблюдаемые величины  3.3.2. Angular momentum operator  3.3.3. Оператор Лестницы  3.3.4. Матрицы Паули  3.4. Квантовая запутанность и измерение  3.4.1. Теорема Белла  3.4.2. Quantum Teleportation  3.4.3. Квантовая запутанность и декогеренция при измерении  3.4.4. Квантовая запутанность и измерение в квантовой механике  3.5. Релятивистская квантовая механика  3.5.1. Уравнение Клейна — Гордона  3.5.2. Уравнение Дирака  3.5.3. Квантовая теория поля  3.5.4. Интеграл по траекториям Фейнмана
  4. Статистическая механика и термодинамика  4.1. Классическая термодинамика  4.1.1. Законы термодинамики  4.1.2. Цикл Карно  4.1.3. Энтропия и свободная энергия  4.1.4. Термодинамическая эффективность  4.2. Кинетическая теория газов  4.2.1. Распределение Максвелла–Больцмана  4.2.2. Явление переноса  4.2.3. Средняя длина свободного пробега  4.2.4. Неравновесные системы в кинетической теории газов  4.3. Статистическая механика  4.3.1. Микросостояния и макросостояния  4.3.2. Функция распределения  4.3.3. Статистика Бозе–Эйнштейна и Ферми–Дирака  4.3.4. Fluctuations and correlations  4.4. Фазовый переход  4.4.1. Important events  4.4.2. Теория Ландау  4.4.3. Модель Изинга  4.4.4. Теория группы перенормировки
  5. Квантовая теория поля  5.1. Second Quantization  5.1.1. Квантовый гармонический осциллятор во втором квантовании  5.1.2. Операторы рождения и уничтожения во второй квантовании  5.1.3. Интеграл по траекториям во второй квантовании  5.1.4. Fock space  5.2. Квантовая электродинамика  5.2.1. Диаграммы Фейнмана  5.2.2. Ренормализация в квантовой электродинамике  5.2.3. Калибровочная инвариантность в квантовой электродинамике  5.2.4. Вакуумная поляризация  5.3. Квантовая хромодинамика  5.3.1. Quarks and gluons  5.3.2. Диапазон цветов  5.3.3. Lattice QCD  5.3.4. Асимптотическая свобода  5.4. Standard model of particle physics  5.4.1. Электрослабая теория  5.4.2. Механизм Хиггса  5.4.4. Большие объединенные теории
  6. General relativity and gravity  6.1. Einstein's field equations  6.1.1. Тензор Риччи и скалярная кривизна  6.1.2. Решение Шварцшильда  6.1.3. Метрика Керра  6.1.4. Gravitational waves  6.2. Космология  6.2.1. Friedmann equation  6.2.2. Космическая инфляция  6.2.3. Тёмная материя и тёмная энергия  6.2.4. Структура крупного масштаба  6.3. Чёрные дыры и кротовые норы  6.3.1. Горизонт событий в черных дырах и кротовых норах  6.3.2. Излучение Хокинга  6.3.3. Процесс Пенроуза  6.3.4. Information paradox in black holes and wormholes
  7. Condensed matter physics  7.1. Crystal structure and lattice  7.1.1. Решётки Браве  7.1.2. Теория зон в кристаллической структуре и решетках  7.1.3. Фононы в кристаллической структуре и решётке  7.1.4. Теорема Блоха  7.2. Сверхпроводимость  7.2.1. Принцип BCS  7.2.2. Эффект Мейснера  7.2.3. Высокотемпературный сверхпроводник  7.2.4. Эффект Джозефсона

Докторант → Квантовая теория поля ↓


Квантовая хромодинамика


Квантовая хромодинамика (QCD) — это раздел квантовой теории поля, описывающий фундаментальную силу сильного взаимодействия. Сильное взаимодействие является одной из четырех известных фундаментальных сил природы, наряду с электромагнитной, слабой и гравитационной силами. QCD занимается в основном тем, как эти сильные взаимодействия связывают кварки и глюоны в ядре атомов.

Основы кварков и глюонов

Чтобы понять QCD, необходимо сначала понять концепцию кварков и глюонов, которые являются фундаментальными частицами, которые QCD пытается объяснить. Кварки являются строительными блоками протонов и нейтронов и никогда не встречаются в изоляции из-за своих свойств конфайнмента. Глюоны — это частицы-переносчики силы, которые посредничают в сильном взаимодействии между кварками.

Свойства кварков

  • Существует шесть "вкусов" кварков: верхний, нижний, очарованный, странный, верхний и нижний.
  • Кварки имеют тип заряда, называемый "цветным зарядом", который похож на электрический заряд в электромагнетизме, но существует в трех типах: красный, зеленый и синий.

Цветной заряд

В отличие от электромагнитной силы, которая имеет только два типа зарядов (положительный и отрицательный), QCD включает три "цветных" заряда. В этой абстрактной модели все наблюдаемые частицы являются нейтральными по цвету. Например, протоны и нейтроны — это комбинации из трех кварков, одного каждого цвета.

Кварковый состав протона можно представить как:
Верхний(красный) + Верхний(зеленый) + Нижний(синий)
Вы Вы Н

Роль глюонов

Глюоны — это частицы обмена, ответственные за сильное взаимодействие, подобно фотонам в электромагнетизме. Однако, в отличие от фотонов, глюоны также имеют цветной заряд, что означает, что они могут притягивать друг друга помимо притягивания кварков. Это свойство приводит к явлению связывания цветом, которое предотвращает существование кварков независимо.

Сильная сила

Сильная сила невероятно мощная на малых расстояниях, доминируя в атомном ядре, но уменьшается по мере увеличения расстояния между частицами. Это поведение парадоксально, но объясняется неабелевой природой QCD.

Лагранжиан QCD

В теоретической физике поведение силы задается лагранжианом. Лагранжиан QCD - это сложная функция, включающая кварковые поля, глюонные поля и их взаимодействия:

        L = -1/4 F a μν F a μν + ∑ ψ f ̅ (iγ μ D μ - m f )ψ f
        L = -1/4 F a μν F a μν + ∑ ψ f ̅ (iγ μ D μ - m f )ψ f

Здесь F a μν описывает силу глюонного поля, D μ - ковариантный производный, а ψ f представляет кварковые поля вкуса "f". Индексы пробегают по всем соответствующим полям.

Конфайнмент и асимптотическая свобода

Особенностью QCD является концепция конфайнмента. Это означает, что кварки всегда заключены в большие составные частицы, называемые адронами (например, протоны и нейтроны). По мере увеличения расстояния между кварками, сила между ними не уменьшается; напротив, она увеличивается, как будто резиновая лента растягивается.

В противоположность этому, QCD демонстрирует асимптотическую свободу, явление, при котором кварки ведут себя как независимые, невзаимодействующие частицы на очень малых расстояниях, таких как внутри протона. Эти свойства обусловлены специфическим способом, с которым глюоны взаимодействуют друг с другом, вызывая усиление сильной силы на больших расстояниях, но ослабление на малых.

Предположение асимптотической свободы

Ограничение кварков Сила увеличивается Свобода кварков

Киральная симметрия и спонтанное нарушение симметрии

Понятия, такие как киральная симметрия, были введены в QCD, которая относится к симметрии между частицами с левым и правым направлением. Киraльная симметрия спонтанно нарушается в QCD, что приводит к приобретению масс кварками, хотя они считаются безмассовыми в теории.

Это нарушение симметрии придает массу протонам и нейтронам, что составляет ключевую часть нашего фундаментального понимания массы во Вселенной.

Роль QCD во Вселенной

Кроме объяснения сильной силы в атомных ядрах, QCD незаменима для понимания явлений в физике высоких энергий, таких как те, которые происходят в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер ЦЕРН. Кроме того, она играет важную роль в астрофизике и космологии, особенно в понимании поведения звезд, нейтронных звезд и ранней Вселенной.

Расчеты и предсказания

QCD - это непертурбативная квантовая теория поля, которая делает решение точных уравнений сложным из-за сильного взаимодействия при низких энергиях. Различные вычислительные методы, такие как решеточная QCD, используются для предсказания поведения и взаимодействия частиц.

Пример решеточной QCD

Решеточная QCD включает деление пространства-времени на сетку или решетку и выполнение сложных расчетов для оценки непрерывной природы QCD. Этот метод привел к значительному прогрессу в предсказании масс частиц и скоростей их распада.

Заключительные мысли

Квантовая хромодинамика — это глубокая и сложная часть квантовой теории поля. Она демонстрирует сложность фундаментальных сил Вселенной, подробно описывая, как кварки и глюоны взаимодействуют, образуя материю, которую мы знаем.

Сильная сила, описываемая QCD, является силой невероятной силы и точности, обеспечивая клей, удерживающий атомные ядра Вселенной вместе, а также проявляя уникальные свойства, такие как конфайнмент и асимптотическая свобода.


Докторант → 5.3


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (5.2.4)
Вакуумная поляризация
Следующий (5.3.1) →
Quarks and gluons

Комментарии 



Квантовая хромодинамика

https://www.physicsflow.com/phd/5.3?pfal=ru