კვანტური ქრომოდინამიკა

კვანტური ქრომოდინამიკა, ფერების დინამიკა (ინგლ. Quantum chromodynamics, QCD) — ჰადრონებისა და მათი შემადგენელი ნაწილაკების — კვარკებისა და გლუონების — ურთიერთქმედების აღმწერი ველის კვანტური თეორია. თანამედროვე წარმოდგენებით, ატომბირთვის შემადგენელი პროტონები და ნეიტრონები შედგება სხვა­და­სხვა „ფერის“ (ნ. ბო­გოლიუბოვი, ბ. სტრუმინსკი, ა. თავხელიძე ; აშშ-ში მოღვაწე იაპონელი მეცნიერები მ. ჰანი და ი. ნამბუ) სამ-სამი კვარკისგან და მათი შემაკავშირებელი „ფერადი“ ურთიერთქმედების გა­დამტა­ნი გლუ­ონებისგან g (ი. ნამბუ). „ფერა­დი“ შემადგენელი ნაწილაკების არსებობა პროტონებსა და ნეიტრონებში განაპირობებს მათ ძლიერ (ბირთვულ) ურთიერთქმედებას, რაც სამყაროს ქიმიური მრავალფეროვნების (და სიცოცხლის არსებობის) საფუძველია. არსებობს (აღმოჩენილია და ექსპერიმენტულად შესწავლილია) 6 სხვა­და­სხვა ტიპის (ე. წ. არომატის) კვარკი q და ამდენივე ანტიკვარკი q. შესაბამისად, არსებობს მათი სხვა­და­სხვა კომბინაციით შედგენილი რამდენიმე ასეული ჰადრონი – ძლიერად (ბირთვულად) ურთიერთქმედი ელემენტარული ნაწილაკი. ექსპერიმენტულად დადასტურებულია გლუ­ონების არსებობაც. გლუონების გამოსხივებისა და ­შთანთქმისას იცვლება გამომსხივებელი და შთამნთქმელი ნაწილაკების იმ­პულ­სები, ე. ი. ორივე მათგანზე მოქმედებს ძალა. გლუონების გა­მოსხივებისა და შთანთქმის ინტენსივობა განისაზღვრება გამომსხივებლის (შთამნთქმელის) „ფერის“ სიდიდით. გლუ­ონებს თვითონაც აქვს „ფერი“, ამი­ტომ ის კვარკების მსგავ­სად გლუონებს ასხივებს (და შთანთქავს). ამდენად, კვანტური ქრომოდინამიკა არაწრფივი თეორიაა, რაც მის საფუძველზე გამოთვლების შესრულებას ძალზე ართულებს. ექსპერიმენტული მონაცემები მიუთითებს „ფერადი ძალის“, „ფერის“ მიმართ სრულ სიმეტრიაზე. მათ. თვალსაზრისით, კვანტური ქრომოდინამიკა არის ყალიბრული ველის კვანტური თეორია, რომელსაც 8 ფერადი, უმასო, ვექტორუ­ლი (ფერის გარდაქმნათა ჯგუფის მიმართ), ħ სპინის მქონე გადამტანი — გლუონი შეესაბამება.

კვანტური ქრომოდინამიკის თავისებუ­რებაა „ფერადი ძალის“ მანძილზე დამოკიდებულების ხა­სია­თი: ყველა სხვა ცნობილი ურთიერთქმე­დების ინტენსივობა კლებულობს ობიექტებს შორის მანძილის ზრდას­თან ერთად. კვანტური ქრომოდინამიკას კი აქვს ე. წ. ასიმპტოტური თავი­სუფლება „ფერადი ძალა“ მცირ­დე­ბა კვარკებს შორის მანძილის შემცირებისას. ასიმპტოტური თავისუფლების ფიზიკურ მიზეზად მიიჩნევენ „ფერის“ ანტიეკრანირების მოვლენას, რაც კვანტური ქრომოდინამიკის დამახასიათებელი უნდა იყოს: ფერადი კვარკის გარშემო წარ­მო­ქმნილი გლუონების ღრუბელს თვითონაც აქვს „ფერი“ და ღრუბლის რადიუსის ზრდასთან ერთად ეს „ფერადი“ მუხტი შეიძლება „გაძლიერდეს“, ხოლო რადიუსის შემცირებისას — „შემცირდეს“. მათემატიკურად მკაცრი გამოთვლების შესრულება (1973, დ. გროსი, ფ. უილჩეკი, ჰ. დ. პოლიტცერი) შესაძლებელი გახდა არააბელური ყალიბრული ველების მათ. თეორიის მეთოდებით. გამოთვლებით მიღებული შედეგები ექსპერიმენტულად დასტურდება ჰადრონებზე (პირველ რიგში, პროტონებსა და ნეიტრონებზე) მაღალი ენერგიის ელექტრონების ღრმად არადრეკადი გაბნევის პროცესების შესწავლით. მნიშვ­ნე­ლო­ვა­ნი ინფორმაცია მიღებულია აგრეთვე კვარკონიუმის თეორიული და ექსპერ. შესწავლით. კერძოდ, მძიმე კვარკონიუმის (bb კვარკების ბმული მდგომარეობა) დაშლისას უნდა ჩნდებოდეს სამი გლუონი, რომლებმაც სამი ჰადრონული ჭავლი უნდა წარმოქმნას. სათანადო კუთხური განაწილების მქონე ასეთი ჭავლების წარმოქმნა დადასტურებულია ექსპერიმენტებით, რაც ვექტორული გლუონების არსებობის (და კვანტური ქრომოდინამიკის ძირითადი დებულებების სამართლიანობის) ექსპერიმენტულ დადასტურებად მიიჩნევა.

კვანტური ქრომოდინამიკის ჩარჩოებში ხერხდება მცირე და დიდ მანძილებზე მიმდინარე მოვლენების წვლილთა გამოცალკევება — ე. წ. ფაქტორიზაცია შეშფოთებათა თეორიის ნების­მი­ერ რიგში. ეს, ­ასიმპტოტური თავისუფლების მოვლენის გათვალისწინებით, შე­საძლებელს ხდის ჰადრონების მო­ნა­წი­ლე­ო­ბით მიმდინარე რეალური პროცესების თეორიულ შე­სწავლას, კერძოდ, დიდ ჰადრონულ კოლაიდერზე მაღალი ენერგიის პროტონების დაჯახებების შედეგების გამოთვლას.

კვარკებს შორის მანძილის ზრდას­თან ერთად ქრომოდინამიკური ურთიერთქმედება ძლიერდება. შედეგად, მათემატიკურად არაკორექტული ხდება შეშფოთებათა თეორიაზე დაფუძნებული გამოთვლები (კერძოდ, არ შეიძლება ე. წ. დაბალენერგეტიკული თეორემების უშუალო გამოყე­ნება). კონფაინმენტის დასა­ბუთება კვანტური ქრომოდინამიკის ჩარჩოებში „ათას­წლეულის ამოცანად“ არის გამოცხადებული. ე. წ. მესერზე ­რიცხვითი გამოთვლები ადასტურებს კონფაინმენტის შესაძლებლობას. ამდენად, კვანტური ქრომოდინამიკის ჩარჩოებში, ექსპერიმენტულად დამზერადი ჰადრონები (სამკვარკიანი ბარიონები, კვარკ-ანტიკვარკისგან შედგენილი მეზონები, აგრეთვე ეგზოტიკური ჰადრონები), რ-ებიც ერთმანეთს დიდი მანძი­ლით შეიძლება დაშორდეს, მხო­ლოდ უფერო ობიექტები უნდა იყოს.

საქართველოში კვანტური ქრომოდინამიკის პრობლემებს იკვლევდნენ თსუის მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტში, სა­ქართველოს მეცნიერებათა აკადემიის ე. ანდრონიკა­შვი­ლის სახელობის ფიზიკის ინსტიტუტსა და სა­ქართველოს მეცნიერებათა აკადემიის ა. რაზმაძის სახელობის მათემატიკის ინსტიტუტში. არაწრფივი ველის თეორიის მოდელებში ვაკუუმის პოლარიზაცია და მისი გავლენა ნუკლონებისა და მეზონების ურთიერთქმედებაზე შესწავლილია მ. მირიანა­შვი­ლის მიერ. კრიტიკულად გაანალიზდა რენორმირებული მუხტის სასრულობის პრობლემა სხვა­და­სხვა მიახლოებითი მეთოდის გამოყენების არეში, როგორც ზოგადი დისპერსიული წარმოდგენებით (მ. მირიანა­შვი­ლი), ისე ფუნქციონალური (კონტინუალური) ინტეგრალის მეთოდის საფუძველზე (ნ. პოლიევქტოვ-ნიკოლაძე). შესწავლილია ჰადრონთა კვარკ-გლუონური შედგენილი მოდელი სინათლის ფრონტის ცვლადებში (ვ. გარსევანი­შვი­ლი, ა. თავხელიძე, ა. კვინიხიძე, ზ. მენთეშა­შვილი, ლ. სლეპჩენკო, ა. ხელა­შვი­ლი). ნაპოვნია კვარკული ­თვლის წესების კვანტურ-ქრომოდინამიკური შესწორებები (ლ. სლეპჩენკო და სხვ.). მათემატიკურად მკაცრი ინტეგრალური წარმოდგენების გამოყენებით დამტკიცდა ჰადრონების ფორმფაქტორთა ავტომოდელური ქცევა (ა. თავხელიძე, ა. კვინიხიძე, ბ. მაღრაძე). გამოკვლეულია გლუონის პროპაგატორის ინფრაწითელი ქცევა და აგებულია შვინგერ-დაისონის განტოლებათა ცხადი ამონახსნი, რომელიც შეესაბამება კვარკონიუმების სპექტრებში დამზერილი წრფივად ზრდადი და კულონური პოტენციალების სუპერპოზიციას (ლ. ვაჩნაძე, ნ. კიკნაძე, ქ. ნატრო­შვილი, ა. ხელა­შვი­ლი, ვ. ხმალაძე). გლუონის ასეთი პროპაგატორის გამოყენებით შესწავლილია კვარკის პროპაგატორის ანალიზური თვისებები (ვ. გოგოხია), გლუონური და კვარკული კონდენსატები (ქ. ნატრო­შვი­ლი, კ. ტურა­შვი­ლი, ა. ხელა­შვი­ლი, ვ. ხმალაძე). შესწავლილია აგრეთვე ეფექტური კირალური ლაგრანჟიანების რენორმირების საკითხები სიმეტრიის დარღვევის შემთხვევისათვის და მიღებულია დაბალი ენერგიების ზღურბლური თეორემების შესწორებები კირალური სიმეტრიის ზღვარში (ა. ხელა­შვი­ლი, ვ. ხმალაძე). განვითარებულია არაპერტურბატული (შეშფოთებათა თეორიის მიღმა მოქმედი) მეთოდები. ველის კვანტური თეორიის ზოგადი პრინციპებიდან გამომდინარე, დადგინდა სასრული ენერგიების ჯამთა წესები (ა. თავხელიძე, ა. კვინიხიძე და სხვ.), რაც საფუძვლად დაედო მაღალ და დაბალ ენერგეტ. არეებში მიმდინარე პროცესების ფუნდამენტური კანონზომიერების – გლობალური დუალურობის – დასაბუთებას. ამ მეთოდის შემდგომმა განვითარებამ განაპირობა კვანტური სიმებისა და სუპერსიმების მოდელების შესწავლის აუცილებლობა. ანალიზური თვისებები და ასიმპტოტური შეფასებები განზოგადებულია ღრმად არადრეკადი (ინკლუზიური) პროცესებისათვის (მ. მესტვირი­შვი­ლი, ა. ლოგუნოვთან ერთად). ინტენსიურად მიმდინარეობს კვლე­ვები კვანტური ქრომოდინამიკაში ­ტოპოლოგიური მეთოდების გამოყე­ნების მიმართულე­ბით (მ. ელია­შვი­ლი, გ. ციცი­შვი­ლი, გ. ჯორჯაძე).

ლიტერატურა

• ხელა­შვი­ლი ა., ენციკლოპედია „საქართველო“, ტ. 4, თბ., 2018. — გვ. 647-648.
• Ефремов А. В., Радюшкин А. В., Теоретико-полевой подход к процессам с большой передачей импульса, «ТМФ», 1980, т. 44;
• Индурайн Ф., Квантовая хромодинамика, М., 1986;
• Ициксон К., Зюбер Ж. Б., Квантовая теория поля, М., 1984;
• Общие принципы квантовой теории поля, М., 1987;
• Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990;
• Славнов А. А., Фаддеев Л. Д., Введение в квантовую теорию калибровочных полей, 2 изд., М., 1988;
• Смолянов О. Г., Шавгулидзе Е. Т., Континуальные интегралы, М., 1990;
• Mueller A. H., Perturbative QCD at high energies, «Physica. Reports», 1981, გვ. 73.