Wie haben die Menschen in den 1960er Jahren festgestellt, dass die starken Wechselwirkungen durch eine Theorie mit einer großen Kopplungskonstante bestimmt wurden, wenn sie sich der zugrunde liegenden Theorie, QCD, nicht bewusst waren, die erst in den 1970er Jahren entdeckt wurde? Was ist das experimentelle Kennzeichen eines stark wechselwirkenden Systems? Ich habe gelesen, dass es in dieser Zeit ernsthafte Zweifel gab, ob QFT überhaupt auf die starken Wechselwirkungen anwendbar war – musste man ein QFT-Framework annehmen, um die Aussage zu machen, dass die Kopplung groß war?
Vor der Entdeckung der QCD und des Quarkmodells bestand die Teilchenphysik aus Wechselwirkungen von Elektronen, Protonen, Neutronen und all diesen Mesonen, die Mesonen genannt werden, weil sie in Massenwerten zwischen dem Elektron und dem Proton/Neutron lagen. Daher wurde das Myon Meson genannt. Einige Mesonen wurden als ausgetauschte Teilchen in Effektivfeldtheorien verwendet, um Wirkungsquerschnitte und Lebensdauern zu erklären. Pion-Austausch und Rho-Meson-Austausch wurden verwendet,
In der Physik war die Vektormesondominanz (VMD) ein Modell, das von JJ Sakurai 1 in den 1960er Jahren vor der Einführung der Quantenchromodynamik entwickelt wurde, um Wechselwirkungen zwischen energetischen Photonen und hadronischer Materie zu beschreiben.
um die Daten zu modellieren, in einem Rahmen der Quantenfeldtheorie mit Feynman-Diagrammen usw.
Damals wurde die schwache Wechselwirkung auch durch die vier Fermi- Eckpunkte beschrieben.
Die Menschen wussten also, dass es schwache, elektromagnetische und starke Kräfte gibt, die starke Kraft, die für das Proton und Neutron, die Kerne und die starken Resonanzen zum Beispiel bei der Streuung von Pionen und Kaonen an Protonen postuliert wird. Die Resonanzen waren breit, was kurze Lebensdauern ergab, unterschiedlich von der langen Lebensdauer elektromagnetischer Wechselwirkungen und schwachen.
Es war die Klassifikation der zahlreichen starken Resonanzen, die in tiefinelastischen Teilchenstreuungen entdeckt wurden, die das Quark-Modell hervorbrachte, dh eine bestimmte Unterstruktur für die stark wechselwirkenden Teilchen, die in Gruppendarstellungen organisiert sind, die zu QCD führten.
Bevor das Quark-Modell die Szene dominierte, gab es das Parton-Modell , das Feynman vorschlug, und er war ein Verfechter dessen, lange nachdem der Rest von uns überzeugt war, dass QCD und das Quark-Modell als Standardmodell betrachtet werden sollten.
Das Parton-Modell wurde 1969 von Richard Feynman als Methode zur Analyse hochenergetischer Hadronenkollisionen vorgeschlagen. 2 Jedes Hadron (z. B. ein Proton) kann als Zusammensetzung einer Reihe von punktförmigen Bestandteilen betrachtet werden, die als „Partone“ bezeichnet werden. Das Parton-Modell wurde von Björken und Paschos sofort auf die tiefinelastische Elektron-Proton-Streuung angewendet.
Die Entdeckung von Jets und insbesondere von Gluon-Jets klärte das Problem auf, dh dass die Hadronen einen eindeutig harten Kern hatten, der zu tief inelastischer Streuung vom Typ der Rutherford-Streuung und nicht zu einer Suppe von Partonen führte.
Die starke Wechselwirkung ist nur bei kleiner Energie stark. Bei hoher Energie dagegen haben wir asymptotische Freiheit. Dies wurde durch die Untersuchung der tiefinelastischen Streuung (DIS) entdeckt, dh Elektron-Proton-Kollisionen, bei denen das Proton zerstört wird. Eigentlich war es Ende der 60er Jahre eine große Überraschung, dass der Gesamtwirkungsquerschnitt von DIS eine seither als Björken-Skalierung bekannte Eigenschaft aufweist, denn eine einfache Erklärung dieses Ergebnisses kann durch die Annahme erhalten werden, dass das Proton aus nicht- interagierenBestandteile, die von Feynman Partons genannt wurden. Diese Entdeckung war ein Wendepunkt, weil sie bedeutete, dass die Störungstheorie in Hochenergieexperimenten funktionieren könnte, wenn wir eine QFT für die starke Wechselwirkung hätten. Die meisten Theoretiker bezweifelten stark, dass dies gelten würde, gerade weil die starke Wechselwirkung zu stark schien, als dass die Störungstheorie funktionieren könnte, wie in der einzigen anderen QFT, die sie kannten, QED, für die die Kopplungskonstante klein genug ist, dass jede Observable als Reihe berechnet werden kann unter Verwendung der Störungstheorie.
Wir wussten, dass die (alte) starke Kraft eine große Kopplung erforderte, weil es Kerne gibt, die gegen die elektrostatische Abstoßung ihrer Protonen stabil sind. Unabhängig von der Theorie musste alles, was die Kerne zusammenhielt, stark genug sein, um die elektrostatische Abstoßung zu überwinden. (Ein Proton, das etwa 1 fm von einem anderen entfernt ist, erzeugt eine Abstoßungskraft in der Größenordnung von etwa 100 N. Das ist ziemlich viel.) Trotzdem gibt es stabile Kerne.
(Dass der Kern so klein war, geht auf Rutherfords Experimente im Jahr 1909 zurück. Dieselben Experimente zeigten, dass die elektrostatische Abstoßung bei sehr kleinen Aufprallparametern weiterhin groß war, was durch das Vorhandensein sehr großer Streuwinkel angezeigt wird. Daher die Notwendigkeit einer großen Kopplungskonstante hat Wurzeln in Rutherfords Experimenten.)
Die starke Wechselwirkung war in meinem Leben zwei ungleiche Dinge. Dass der erste eine große Kopplung beinhaltete, war phänomenologisch bedingt – es gibt stabile Kerne. Dass der zweite eine große Kupplung beinhaltete, wurde durch die Tatsache angetrieben, dass der erste eine winzige Folge des zweiten war. (Da ich mit einer Zahl herumwerfe, werfen wir eine andere weg: Die starke Wechselwirkung hat eine Größe von etwa 10 kN. Wie oben erwähnt, beträgt die Kernkraft etwa 1 % davon.)
Durch Symmetrie