ВА́КУУМНЫЙ КОНДЕНСА́Т

ВА́КУУМНЫЙ КОНДЕНСА́Т в кван­то­вой тео­рии по­ля, не­ну­ле­вое ва­ку­ум­ное сред­нее к.-л. од­но­род­но­го по по­лю опе­ра­то­ра по­ля. (Ва­ку­ум­ное сред­нее – ср. зна­че­ние к.-л. опе­ра­то­ра $A$ или про­из­ве­дения опе­ра­то­ров $AB\ldots$; обо­зна­ча­ет­ся со­от­вет­ст­вен­но $\langle 0|A|0\rangle$, $\langle 0|AB\ldots |0\rangle$.) По­ня­тие В. к. яв­ля­ет­ся цен­траль­ным в кван­то­вой хро­мо­ди­на­ми­ке (КХД) – совр. тео­рии силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия – и в тео­рии Глэ­шоу – Вайн­бер­га – Са­ла­ма элек­тро­сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия. Упот­реб­ле­ние сло­ва «кон­ден­сат» свя­за­но с тем, что низ­шее по энер­гии (ва­ку­ум­ное) со­стоя­ние по­доб­но не «пус­то­му» про­стран­ст­ву, а сис­те­ме фи­зич. по­лей, флук­туи­рую­щих с боль­ши­ми ам­пли­ту­да­ми. Пол­ным ана­ло­гом В. к. яв­ля­ет­ся бо­зе-эйн­штей­нов­ский кон­ден­сат в кван­то­вой ме­ха­ни­ке.

В. к. квар­ко­вых по­лей $u$- и $d$-квар­ков,$\langle 0|\bar uu|0\rangle$ и $\langle 0|\bar dd|0\rangle$, и глю­он­но­го по­ля, $\langle 0|G_{\mu\nu}^a G_{\mu\nu}^a|0\rangle$ = (250 МэВ)⁴ ( $G_{\mu\nu}^a$ – тен­зор на­пря­жён­но­сти глю­он­но­го по­ля), оп­реде­ля­ют в КХД мас­сы ад­ро­нов. В. к. ска­ляр­но­го по­ля Хигг­са $\varphi$ , $\langle 0|\varphi |0\rangle$, в тео­рии элек­тро­сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия оп­ре­де­ля­ет мас­сы всех фун­да­мен­таль­ных по­лей ма­те­рии, т. е. мас­сы про­ме­жу­точ­ных бо­зо­нов, а так­же квар­ко­вых и леп­тон­ных по­лей и ве­ли­чи­ну кон­стан­ты Фер­ми $G_F$. В этой тео­рии име­ет ме­сто слу­чай спон­тан­но­го на­ру­ше­ния сим­мет­рии, ко­гда сим­мет­рия В. к. ни­же, чем сим­мет­рия ла­гран­жиа­на, и по­это­му спектр на­блю­дае­мых час­тиц не об­ла­да­ет пол­ной сим­мет­ри­ей ла­гран­жиа­на тео­рии. Напр., ла­гран­жи­ан элек­тро­сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия об­ла­да­ет $SU(2)$-сим­мет­ри­ей от­носи­тель­но по­во­ро­тов в изо­то­пич. про­стран­ст­ве. При та­ких по­во­ро­тах вол­но­вые функ­ции фо­то­на и про­ме­жу­точ­ных век­тор­ных бо­зо­нов пе­ре­хо­дят друг в дру­га. Од­на­ко мас­сы этих час­тиц су­щест­вен­но раз­ли­ча­ют­ся: мас­са фо­то­на рав­на ну­лю, а мас­са $Z^0$-бо­зо­на в 90 раз боль­ше мас­сы про­то­на (ок. 90 ГэВ). При­чи­на за­клю­ча­ет­ся в от­лич­ном от ну­ля В. к. по­ля Хигг­са, ко­то­рый и вы­де­ля­ет оп­ре­де­лён­ное на­прав­ле­ние в изо­то­пич. про­стран­ст­ве. Бо­лее то­го, В. к. вно­сит но­вые мас­шта­бы масс в тео­рию, при этом ока­зы­ва­ет­ся, что сим­мет­рия ис­ход­но­го ла­гран­жиа­на вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся в на­блю­дае­мых ам­пли­ту­дах про­цес­сов толь­ко при энер­ги­ях, мно­го боль­ших этих мас­шта­бов, в слу­чае элек­тро­сла­бых про­цес­сов – мно­го боль­ших со­тен ГэВ.

В КХД в пре­де­ле ну­ле­вых масс $u$- и $d$-квар­ков ла­гран­жи­ан ин­ва­ри­ан­тен так­же от­но­си­тель­но изо­то­пич. вра­ще­ний с из­ме­не­ни­ем чёт­но­сти (т. н. ки­раль­ная ин­ва­ри­ант­ность). Од­на­ко в экс­пе­ри­мен­те та­кое вы­ро­ж­де­ние по чёт­но­сти масс низ­ших ре­зо­нан­сов не на­блю­да­ет­ся. При­чи­на это­го – су­ще­ст­во­ва­ние квар­ко­во­го В. к. $\langle 0|\bar uu + \bar dd|0\rangle$, ко­то­рый не ин­ва­ри­ан­тен от­но­си­тель­но ука­зан­ных вра­ще­ний. В ре­зуль­та­те в без­мас­со­вой КХД по­яв­ля­ет­ся без­мас­со­вый гол­д­сто­унов­ский бо­зон – пи­он ($\pi$-ме­зон), яв­ляю­щий­ся свя­зан­ным со­стоя­ни­ем $u(d)$-ан­тик­вар­ка и $u(d)$-квар­ка, свой­ст­ва ко­то­ро­го тес­но свя­за­ны со свой­ст­ва­ми В. к. Мас­штаб 250 МэВ, за­да­вае­мый квар­ко­вым кон­ден­са­том, очень бли­зок по по­ряд­ку ве­ли­чи­ны к мас­штаб­но­му па­ра­мет­ру КХД, $\Lambda_{КХД} \approx$ 300 МэВ.

В ме­то­де «пра­вил сумм КХД», ос­но­ван­ном на свой­ст­ве ду­аль­но­сти бес­цвет­ных кварк-глю­он­ных и ад­рон­ных со­стоя­ний, В. к. квар­ков и ад­ро­нов оп­ре­де­ля­ет мас­сы и ши­ри­ны рас­па­дов ад­ро­нов и ад­рон­ных ре­зо­нан­сов.

В совр. тео­ри­ях ис­поль­зу­ют так­же пред­став­ле­ние о не­ло­каль­ных В. к. квар­ко­вых по­лей, напр. $\langle 0|\bar u(0)u(x)|0\rangle$, ко­то­рые бы­ст­ро убы­ва­ют до 0 при $x \to \infty$. Важ­ным па­ра­мет­ром та­ко­го объ­ек­та ока­зы­ва­ет­ся кор­ре­ля­ци­он­ная дли­на, или ср. ши­ри­на рас­пре­де­ле­ния. Для $u$- и $d$-квар­ков она име­ет по­ря­док 0,3 фм и оп­ре­де­ля­ет фор­му ам­пли­ту­ды рас­пре­де­ле­ния квар­ков в ад­ро­нах.