КОНФА́ЙНМЕНТ

КОНФА́ЙНМЕНТ (англ. confinement – удер­жа­ние, за­то­че­ние), удер­жа­ние (пле­не­ние) «цвет­ных» квар­ков и глюо­нов внут­ри «бес­цвет­ных» ад­ро­нов. К. про­яв­ля­ет­ся в том, что в при­ро­де на­блю­да­ют­ся лишь свя­зан­ные со­стоя­ния квар­ков (ме­зо­ны и ба­рио­ны, в т. ч. про­то­ны и ней­тро­ны), а так­же их ре­зо­нанс­ные воз­буж­де­ния, но не са­ми квар­ки в сво­бод­ном ви­де. В ис­то­рии фи­зи­ки та­кая си­туа­ция встре­ча­ет­ся впер­вые. Напр., за­тра­тив не­ко­то­рую энер­гию свя­зи, мо­ле­ку­лы мож­но разъ­е­ди­нить на со­став­ляю­щие их ато­мы, ато­мы мож­но ио­ни­зо­вать, вы­бив элек­тро­ны, яд­ро мож­но раз­бить на отд. про­то­ны и ней­тро­ны. Од­на­ко са­ми про­то­ны и ней­тро­ны, со­стоя­щие из квар­ков, прин­ци­пи­аль­но не­воз­мож­но раз­бить на квар­ки. При столк­но­ве­нии про­то­нов на ус­ко­ри­те­лях за­ря­жен­ных час­тиц с энер­ги­ей, в ты­ся­чи раз пре­вос­хо­дя­щей энер­гию по­коя, ро­ж­да­ют­ся не отд. квар­ки, а но­вые ме­зо­ны и ба­рио­ны, со­стоя­щие из квар­ков. Глюо­ны, яв­ляю­щие­ся ана­ло­гом фо­то­нов, в от­ли­чие от по­след­них, так­же не на­блю­да­ют­ся в сво­бод­ном ви­де, т. е., как и квар­ки, ис­пы­ты­ва­ют кон­файн­мент.

Счи­та­ет­ся, что при раз­ве­де­нии квар­ков на боль­шие рас­стоя­ния ме­ж­ду ни­ми дей­ст­ву­ет не убы­ваю­щая с рас­стоя­ни­ем си­ла при­тя­же­ния, рав­ная при­мер­но 1 ГэВ/фм, бла­го­да­ря ко­то­рой квар­ки все­гда свя­зы­ва­ют­ся в ад­ро­ны. При раз­ве­де­нии квар­ков ме­ж­ду ни­ми на­тя­ги­ва­ет­ся «стру­на», пре­пят­ст­вую­щая их раз­ле­та­нию, од­на­ко при­ро­да этой «стру­ны» по­ка не яс­на. Ес­ли энер­гия на­тя­ну­той ме­ж­ду квар­ка­ми стру­ны боль­ше энер­гии по­коя ме­зо­на, энер­ге­ти­че­ски вы­год­ным ста­но­вит­ся раз­рыв стру­ны на две бо­лее ко­рот­кие, на кон­цах ко­то­рых опять на­хо­дят­ся квар­ки.

Наи­бо­лее из­вест­ным ка­че­ст­вен­ным объ­яс­не­ни­ем К. слу­жит ме­ха­низм Ман­дель­ста­ма – ‘т Хоф­та, ана­лог Мейс­не­ра эф­фек­та в сверх­про­вод­ни­ках, ко­то­рый со­сто­ит в том, что маг­нит­ное по­ле не мо­жет про­ник­нуть в те­ло сверх­про­вод­ни­ка без раз­ру­ше­ния сверх­про­во­ди­мо­сти, т. е. раз­ру­ше­ния кон­ден­са­та элек­трич. за­ря­дов. Ес­ли в сверх­про­вод­ник мыс­лен­но вве­сти маг­нит­ные мо­но­по­ли (их мож­но ими­ти­ро­вать в ви­де кон­цов тон­ких и длин­ных со­ле­нои­дов), то по ли­нии, со­еди­няю­щей мо­но­по­ли, воз­ни­ка­ет «труб­ка», в ко­то­рой скон­цен­три­ро­ван маг­нит­ный по­ток, а энер­гия взаи­мо­дей­ст­вия двух мо­но­по­лей про­пор­цио­наль­на рас­стоя­нию ме­ж­ду мо­но­по­ля­ми. В т. н. ду­аль­ном эф­фек­те Мейс­не­ра маг­нит­ные по­ля и за­ря­ды за­ме­ня­ют­ся на элек­три­че­ские, и на­обо­рот.

В от­ли­чие от элек­тро­ди­на­ми­ки, в кван­то­вой хро­мо­ди­на­ми­ке (КХД), ос­но­ван­ной на не­абе­ле­вой ка­либ­ро­воч­ной сим­мет­рии, кон­фи­гу­ра­ции по­ля глюо­нов в ви­де хро­мо­маг­нит­ных мо­но­по­лей до­пус­ти­мы. Пред­по­ла­га­ет­ся, что в ва­куу­ме про­ис­хо­дит кон­ден­са­ция маг­нит­ных мо­но­по­лей, а не элек­трич. за­ря­дов, как в сверх­про­вод­ни­ках. То­гда квар­ки, яв­ляю­щие­ся ис­точ­ни­ком хро­мо­элек­трич. по­ля, со­еди­ня­ют­ся «труб­кой», в ко­то­рую сжа­ты си­ло­вые ли­нии хро­мо­элек­трич. по­ля, и энер­гия взаи­мо­дей­ст­вия квар­ков про­пор­цио­наль­на рас­стоя­нию ме­ж­ду ни­ми, что и обес­пе­чи­ва­ет кон­файн­мент.

Та­кой сце­на­рий К. опи­сан ма­те­ма­ти­че­ски в не­ко­то­рых мо­де­лях кван­то­вой тео­рии по­ля, имею­щих сход­ст­во с КХД, но не в са­мой КХД, в ко­то­рой при­ме­нение ана­ли­тич. ме­то­дов за­труд­не­но тем, что кон­стан­та взаи­мо­дей­ст­вия не ма­ла. По­это­му К. ис­сле­ду­ют чис­лен­но ком­пью­тер­ным мо­де­ли­ро­ва­ни­ем на про­стран­ствен­но-вре­меннóй ре­шёт­ке. В ком­пь­ю­тер­ных экс­пе­ри­мен­тах дей­ст­ви­тель­но на­блю­да­ет­ся ли­ней­ный рост энер­гии взаи­мо­дей­ст­вия двух квар­ков с рас­стоя­ни­ем и фор­ми­ро­ва­ние «стру­ны» ме­ж­ду ни­ми. Вы­ше не­ко­то­рой кри­тич. темп-ры про­ис­хо­дит пе­ре­ход в фа­зу де­кон­файн­мен­та, в ней квар­ки уже не свя­за­ны стру­ной, а об­ра­зу­ют силь­но­взаи­мо­дей­ст­вую­щую кварк-глю­он­ную плаз­му.

С тео­ре­тич. точ­ки зре­ния К. пред­став­ля­ет со­бой па­ра­док­саль­ную си­туа­цию, в ко­то­рой «цвет­ные» объ­ек­ты (квар­ки, глюо­ны) ис­пы­ты­ва­ют кор­ре­ля­ции на даль­них рас­стоя­ни­ях, в то вре­мя как кор­ре­ля­ции «бес­цвет­ных» или ка­либ­ро­воч­но-ин­ва­ри­ант­ных ве­ли­чин убы­ва­ют экс­по­нен­ци­аль­но, т. е. очень бы­ст­ро. Экс­по­нен­ци­аль­но­му убы­ва­нию кор­ре­ля­ций от­ве­ча­ет на­ли­чие мас­сив­ных час­тиц (ад­ро­нов) и от­сут­ст­вие час­тиц без­мас­со­вых. Ме­ж­ду тем КХД фор­му­ли­ру­ет­ся в тер­ми­нах имен­но без­мас­со­вых по­лей – глюо­нов. Т. о., К. квар­ков оз­на­ча­ет пол­ную пе­ре­строй­ку со­дер­жа­ния тео­рии (по срав­не­нию с её ис­ход­ной фор­му­ли­ров­кой) в ре­зуль­та­те силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия квар­ков и глюо­нов. По­ка не су­ще­ст­ву­ет не толь­ко пол­но­стью аде­к­ват­но­го ма­те­ма­тич. опи­са­ния это­го яв­ле­ния, но да­же об­ще­при­ня­то­го ка­че­ст­вен­но­го объ­яс­не­ния ме­ха­низ­ма кон­файн­мен­та.