Ричард Фейнман - КЭД – странная теория света и вещества

Сокращение от junction (соединение). – Примеч. пер.

Это число – амплитуду излучения или поглощения фотона – иногда называют «зарядом» частицы.

Если бы я учитывал поляризацию электрона, стрелку «второго способа» надо было бы «вычесть» – повернуть на 180° и затем прибавить. (Мы еще вернемся к этому позднее.)

Конечные условия эксперимента для этих более сложных способов такие же, как и для простых: электроны выходят из точек 1 и 2 и попадают в точки 3 и 4. Так что мы не можем отличить эти взаимоисключающие способы от первых двух. Поэтому мы должны сложить стрелки этих двух способов со стрелками двух способов, рассмотренных нами ранее.

Такой обменный фотон, который никогда не фигурирует в начальном и конечном условиях эксперимента, иногда называют «виртуальным фотоном».

Дирак предсказал существование «антиэлектронов» в 1931 г., а в следующем году Карл Андерсон обнаружил их экспериментально и назвал «позитронами». Сегодня позитроны легко изготовляются (например, при столкновении двух фотонов) и хранятся неделями в магнитном поле.

Амплитуда обмена фотоном равна (–j)×Р(А – В)×j – два взаимодействия и амплитуда попадания фотона из одной точки в другую. Амплитуда взаимодействия протона с фотоном равна – j.

Радиус дуги явно зависит от длины стрелки для каждого слоя. Эта длина в конечном счете определяется величиной S, амплитудой рассеяния фотона электроном в атоме стекла. Этот радиус можно вычислить, используя формулы трех основных действий для всего множества обменов фотонами, а затем суммируя амплитуды. Это очень сложная задача, но для относительно простых веществ радиусы были успешно вычислены, а закономерности их изменения от вещества к веществу легко понять, используя идеи квантовой электродинамики. Надо сказать, однако, что прямых вычислений, исходящих из первых принципов, для таких сложных веществ, как стекло, до сих пор никогда не проводилось. В таких случаях радиус определяется экспериментально. Для стекла было экспериментально обнаружено, что при прямом падении света радиус приблизительно равен 0,2.

Стрелки, образующие дугу в случае рассеяния, равны по длине стрелкам, вызывающим поворот результирующей стрелки в случае прохождения сквозь вещество. Поэтому существует взаимосвязь между частичным отражением и показателем преломления данного вещества. // Создается впечатление, что длина результирующей стрелки превысила 1, т. е. сквозь стекло как бы проходит больше света, чем в него попало! Так кажется потому, что я не учел амплитуд следующих событий: фотон попадает в какой-то слой, новый фотон рассеивается в другой слой наверх, третий фотон рассеивается сквозь стекло вниз – и других, более сложных возможностей. Это приводит к отклонению малых стрелок, в результате чего длина результирующей стрелки удерживается в пределах от 0,92 до 1 (так что сумма вероятностей прохождения сквозь стеклянную пластинку и отражения от нее всегда равна 100 %).

Другой способ преодолеть эту трудность – сказать, что, возможно, неверна сама идея, что две точки могут находиться как угодно близко друг от друга. То есть предположить, что нельзя пользоваться геометрией вплоть до предельно малых расстояний. Если мы допустим, что расстояния между двумя точками не бывают меньше, чем 10–100 см (напомню, что наименьшее расстояние, доступное современным экспериментам, порядка 10–16 см), то все в порядке, расходимости исчезнут. Но возникнут другие противоречия, например, суммарная вероятность того, что событие происходит (любым образом), будет немного больше или немного меньше 100 %, или возникнут в малых количествах отрицательные энергии. Было высказано предположение, что эти противоречия возникают из-за того, что мы не учитываем гравитации – обычно очень-очень слабой, но становящейся существенной на расстояниях ~ 10–33 см.

Так много типов частиц вылетает из ядра в экспериментах при высоких энергиях. В то же время при низких энергиях – в более обычных условиях – эксперименты показывают, что ядро содержит только протоны и нейтроны.

Масса в 1 МэВ очень мала – примерно 1,78×10–27 г, но эта единица массы удобна для таких частиц.

Обратите внимание на названия: «фотон» происходит от греческого слова «свет», «электрон» – от греческого «янтарь» (с янтаря начиналось электричество). Но по мере развития современной физики в названиях частиц стало сказываться явное снижение интереса к древнегреческому, и вот мы придумали такие названия, как «глюоны». Вы догадываетесь, почему они так называются? На самом деле d и и – это сокращения, но я не хочу вас путать: d-кварк ничуть не «ниже» u-кварка, а u-кварк ничуть не «выше» d-кварка. Кстати, принадлежность кварка к d- или u-типу называется ароматом. [Глюон – от англ. glue (клей); и – от англ. up (наверху), d – от англ. down (внизу). – Примеч. пер.]

После прочтения этих лекций были достигнуты энергии, достаточно высокие для получения W-бозонов. Когда была измерена их масса, получилась величина, очень близкая к предсказанной теорией.

Магнитный момент мюона был измерен очень точно – он оказался равным 1,001165924 (с погрешностью около 9 в последнем знаке), тогда как для электрона это число равно 1,00115965221 (с погрешностью около 3 в последнем знаке). Вы можете заинтересоваться, почему магнитный момент мюона немного больше, чем магнитный момент электрона. На одной из нарисованных нами диаграмм был электрон, излучающий фотон, который распадался на электрон-позитронную пару (см. рис. 89). Существует также малая амплитуда того, что фотон распадается на мюон-антимюонную пару, которая тяжелее, чем исходный электрон. Эта ситуация несимметрична: когда мюон излучает фотон, распадающийся на электрон-позитронную пару, последняя легче, чем исходный мюон. Квантовая электродинамика точно описывает все электрические свойства как мюонов, так и электронов.

с – от charm (очарование) – Примеч. пер.

После того как были прочитаны эти лекции, появились некоторые свидетельства в пользу существования очень тяжелого t-кварка – с массой порядка 40 000 МэВ. [И зарядом +⅔. t – от top (вершина) или truth (истина). Фейнман обыгрывает это, используя слово «действительно» (true). Упоминаемые Фейнманом свидетельства впоследствии не подтвердились. – Примеч. пер.].

Когда Эйнштейн и другие пытались объединить гравитацию с электродинамикой, обе теории были классическими приближениями. Другими словами, они были неправильны. Ни одна из этих теорий не содержала концепции амплитуд, которую мы сегодня считаем столь необходимой.