ՀՍՀ/ԴԱՇՏԻ ՔՎԱՆՏԱՅԻՆ ՏԵՍՈՒԹՅՈՒՆ

ԴԱՇՏԻ ՔՎԱՆՏԱՅԻՆ ՏԵՍՈՒԹՅՈՒՆ, ազատության անվերջ թվով աստիճան ունեցող համակարգերի քվանտային տեսություն. քվանտային մեխանիկայի ընդհանրացումն է: Դ. ք. տ-յան խնդիրը միկրոաշխարհին բնորոշ երևույթների՝ տարրական մասնիկների առաջացման ու անիհիլացման, կլանման ու փոխակերպման բարդ ու բազմազան պրոցեսների նկարագրությունն է: Դաշտի քվանտային առաջին տեսությունը քվանտային էլեկտրադինամիկան է, որի գաղափարների ու մեթոդների ընդհանրացումը և ոչ էլեկտրամագնիսական պրոցեսների նկարագրության համար դրանց կիրառումը հանգեցրին Դ. ք. տ-յան հետագա զարգացմանը:

Դ. ք. տ-ում մասնիկների փոխադարձ փոխակերպումները, առաջացումն ու ոչնչացումը նկարագրվում են երկրորդային քվանտացման (տես Քվանտացում երկրորդային) մեթոդով, որն առաջարկել է Պ. Դիրակը (1927): Ըստ այդ մեթոդի՝ էլեկտրամագնիսական դաշտի A_μ(x) 4-պոտենցիալը, էլեկտրոն-պոզիտրոնային դաշտի ալիքային φ(x) ֆունկցիան և մյուս դաշտերի բնութագրերը ոչ թե իբրև սովորական թվեր (C-թվեր) են դիտարկվում, այլ` իբրև մասնիկների թվերի տարածությունում գործող օպերատորներ: Դրանք արտահայտվում են մասնիկի ծնման a_n⁺ և ոչնչացման a_n^- օպերատորներով (ո-ը տվյալ վիճակը բնութագրող քվանտային թվերի հավաքածուն է), որոնք ենթարկվում են Կաղապար:Լայն՝

$a_n^{-}{a}_m^{+}\mp a_m^{+}{a}_n^{-}=\{\begin{array}{c}1,\text{ երբ }m=n\\ 0,\text{ երբ }m\ne n,\end{array}$

$a_n^{-}{a}_m^{-}\mp a_m^{-}{a}_n^{-}=0,a_n^{+}{a}_m^{+}\mp a_m^{+}{a}_n^{+}=0:$

Տեղափոխման երկու տիպի (+ և — նշանները օպերատորների արտադրյալների միջև) առնչությունների առկայությունը ֆունդամենտալ նշանակություն ունի և արտացոլում է երկու տեսակի վիճակագրությունների գոյությունը: + նշանով առնչությունները համապատասխանում են Ֆերմի-Դիրակի վիճակագրությանը ենթարկվող կիսաամբողջ սպինով մասնիկներին: Գրված առնչություններից վերջինը կիրառելով վակուումի վիճակի համար՝ անմիջապես կարելի է հանգել Պաուլիի սկզբունքին, ըստ որի՝ միևնույն քվանտային թվերով (m=n) վիճակում կիսաամբողջ սպինով երկու կամ ավելի մասնիկ չի կարող լինել: Նման սահմանափակում չունեն — նշանով առնչությունները, որոնք վերաբերում են Բոզե-Էյնշտեյնի վիճակագրությանը ենթարկվող ամբողջ սպինով մասնիկներին:

Դ. ք. տ-ում երկու միկրոօբյեկտների փոխազդեցությունը պատկերացվում է իբրև որևէ դաշտի քվանտների փոխանակություն: Եթե հաշվի առնենք, որ փոխազդեցությունից առաջ մասնիկներն ազատ են, իսկ էներգիայի-իմպուլսի պահպանման օրենքը արգելում է ազատ մասնիկների ճառագայթումը կամ կլանումը, ապա նման պատկերացումը տարօրինակ կարող է թվալ: Սակայն Դ. ք. տ. գործ ունի միկրոօբյեկտների հետ, որոնց համար էական են անորոշությունների առնչությունները: Եթե մասնիկների փոխազդեցությունը դիտվի իբրև միջանկյալ դաշտի քվանտների փոխանակություն, որն իրագործվում է $\mathrm{\Delta }t$ ժամանակում, ապա $\mathrm{\Delta }\epsilon \cdot \mathrm{\Delta }t\sim \hslash (\hslash =\frac{h}{2\pi })$ h-ը Պլանկի հաստատունն է) առնչության համաձայն $\mathrm{\Delta }t$-ի ընթացքում մասնիկի էներգիան կունենա $\mathrm{\Delta }\epsilon$ անորոշություն, և էներգիայի-իմպուլսի պահպանման օրենքի դրած արգելքը կվերանա: Նման դատողությունների հիման վրա Խ. Յուկավան նոր մասնիկ կանխագուշակեց (1935), որը հետագայում փորձով հայտնաբերվեց և կոչվեց π-մեզոն:

Փոխազդեցության պրոցեսի միջանկյալ փուլերում առաքվող և կլանվող քվանտները կոչվում են վիրտուալ մասնիկներ: Պարտադիր չէ, որ դրանք կլանվեն և առաքվեն տարբեր մասնիկներից: Օրինակ, էլեկտրոնը կարող է կլանել իր իսկ առաքած վիրտուալ ֆոտոնը: Այդ պրոցեսը կարելի է անվանել էլեկտրոնի և ֆոտոնային վակուումի (նվազագույն՝ զրոյական էներգիայով վիճակ, որում բացակայում են ֆոտոնները) փոխազդեցություն: Համանման ձևով կարելի է մտցնել էլեկտրոն-պոզիտրոնային վակուում հասկացությունը, որը բնութագրվում է որպես ֆոտոնի անցում $e^{+}{e}^{-}$ զույգի. վերջինս, կարճատև գոյությունից հետո, անիհիլացման է ենթարկվում և նորից ֆոտոն տալիս: Մասնիկների ու դաշտերի և էլեկտրամագնիսական ու էլեկտրոն-պոզիտրոնային դաշտերի վակուումի փոխազդեցության հետևողական հաշվառումը, մաթ. գործողության բոլոր էտապներում ռելյատիվիստական ինվարիանտության խստիվ պահպանումը հանգեցրին ժամանակակից քվանտային էլեկտրադինամիկայի տեսական հզոր ապարատի ստեղծմանը (Ս. Տոմոնագա, Յու. Շվինգեր, Ռ. Ֆեյնման), ապարատ, որը հնարավորություն տվեց կանխագուշակել ու բացատրել նուրբ էֆեկտների մի ամբողջ շարք (Լեմբի շեղում, էլեկտրոնի և μ-մեզոնի անոմալ մագնիսական մոմենտ ևն):

Ժամանակակից քվանտային էլեկտրադինամիկայում և Դ. ք. տ-ում կարևոր տեղ են գրավում զանգվածի և լիցքի վերանորմավորման խնդիրները: Ըստ խոտորումնեոի տեսության, զրոյական մոտավորության դեպքում, երբ փոխազդեցությունը հաշվի չի առնվում (առկա են միայն ազատ դաշտեր), էլեկտրոնն օժտված է սկզբնական m₀ զանգվածով և e₀ լիցքով: Փոխազդեցության առկայության դեպքում m₀-ին գումարվում է զանգվածի դաշտային մասը՝ m_դ.-ը, որի արժեքն անվերջ մեծ է (դիտարկման մեթոդի անկատարելության պատճառով): Մշակված է անվերջության բացառման հատուկ գործողություն: Հաշվարկներում գումարային անվերջ զանգվածի փոխարեն դրա ֆիզիկական (փորձնական) արժեքի օգտագործումը կոչվում է Կաղապար:Լայն: էլեկտրոնի էլեկտրական դաշտն ազդում է էլեկտրոն-պոզիտրոնային զույգերի բաշխման վրա. տեղի է ունենում էլեկտրոն-պոզիտրոնային վակուումի բևեռացում, որի հետևանքով էլեկտրոնը շրջապատվում է վիրտուալ պոզիտրոնների ամպով, և նրա էֆեկտիվ լիցքը փոքրանում է: Գումարային լիցքի (սկզբնական լիցքի և վակուումի բևեռացման հետ կապված ուղղման գումարը) փոխարեն ընդհանուր լիցքի՝ փորձից ստացվող մեծության օգտագործումը կոչվում է Կաղապար:Լայն: Քվանտային էլեկտրադինամիկան վերանորմավորելի է, սակայն վերջավոր թվով մեծությունների վերանորմավորումը դաշտի ոչ բոլոր տեսություններում է թույլ տալիս վերացնել տարամիտումը: Օրինակ, թույլ փոխազդեցության տեսությունը (փոխազդեցության հաստատունի փոքրության պատճառով այստեղ ևս կիրառելի է խոտորումների տեսությունը) առաջին մոտավորության դեպքում երևույթների լայն շրջանակի համար ֆիզիկական ճիշտ արդյունքներ է տալիս, սակայն հաջորդ մոտավորությունների դիտարկումը հանգեցնում է նոր տիպի տարամիտումների առաջացմանը:

Ուժեղ փոխազդեցության տեսությունում փոխազդեցությունը տարածողների դերը կատարում են մեծ զանգվածի մասնիկները՝ մեզոնները: Մեզոդինամիկայում փոխազդեցության հաստատունը համեմատաբար ավելի մեծ է, քան էլեկտրադինամիկայում: Այդ հանգամանքը թույլ չի տալիս խոտորումների տեսությունը կիրառել ուժեղ փոխազդեցությունների համար: Ուստի զարմանալի չէ, որ ուժեղ փոխազդող մասնիկների դեպքում խոտորումների տեսության ցածր մոտավորություններն անգամ հանգեցնում են փորձի հետ չհամնկնող արդյունքների:

Այսպիսով, թույլ փոխազդեցության տեսությունը վերանորմավորելի չէ, իսկ ուժեղ փոխազդեցության համար խոտորումների տեսությունը կիրառելի չէ: Վերջին ժամանակներս, էլեկտրամագնիսական, ուժեղ և թույլ փոխազդեցությունների միասնական վերանորմավորելի տեսության կառուցման հնարավորության շնորհիվ (տես Դաշտի միասնական տեսություն), նշված դժվարությունների հաղթահարման գործում որոշակի հաջողություններ են ձեռք բերվել: Այդ հետազոտությունների հետ մեկտեղ Դ. ք. տ-ում մշակվել են նաև այլ մեթոդներ: Դրանցից է ռելյատիվիստական ինվարիանտության, պատճառականության (բացառում է լույսի արագությունից մեծ արագությամբ ազդանշանների փոխանակումը) և սպեկտրայնության (բնորոշում է ֆիզիկական համակարգի թույլատրելի վիճակների էներգիայի դրական լինելը՝ վակուումի զրոյական էներգիայի նկատմամբ) վրա հիմնվող աքսիոմատիկ մոտեցումը:

Գրկ. Կաղապար:Լայն С., Введение в релятивистскую квантовую теорию поля, пер. с англ., М., 1963; Կաղապար:Լայն В. Б., Կաղապար:Լայն Е. М., Կաղապար:Լայն Л. П., Релятивистская квантовая теория, М., 1968 (Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теоретическая физика, т. 4, ч. 1); Կաղապար:Լայն Е. М., Питаевский Л. П., Релятивистская квантовая теория, М., 1971 (Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теоретическая физика, т. 4, ч. 2); Կաղապար:Լայն Н. Н., Կաղապար:Լայն Д. В., Введение в теорию квантованных полей, 2 изд., перераб., М., 1973.