作为量子场论中最为成熟分支的量子电动力学(QED),由于精细结构常数很小,因而微扰 理论完全适用,所需要解决的是由于电子的点模型理论的局限性(电子自能无穷大)造成的实 际计算中经常出现发散困难,为此,一套完整的重整化理论被提出。在 QED 中,测量到电荷 是屏蔽以后的有效相互作用,即在小动量迁移下确定的,在 QED 理论中以重整化图象来描述, 随着动量迁移的增加,有效耦合常数(电荷)随之而增长。在重整化理论中可由β函数完全 确定,在 QED 中β函数是正的,随着能量的增加探测到的耦合常数即有效电荷也随之增加。 因此,QED 理论不具有渐近自由的特点。格罗斯和他的学生维尔切克提议了 SU(3)色规范群下 非阿贝尔规范场论的量子场论,其β函数是负的, 具有反屏蔽性质使得有效耦合常数随着增 大而减小, 即渐近自由性质,这一理论可以作为强相互作用的基本理论[2]。在这一理论中强 相互作用的媒介子是无质量的胶子。在 QED 中媒介子是光子, 它是电中性的,然而这里胶子不 是色中性的,胶子带色荷,胶子之间的相互作用产生反屏蔽效应, 可以形成强相互作用的渐近 自由性质,这就是量子色动力学(QCD)。根据量子色动力学,强子基本成分是夸克和胶子, 紧束缚在强子内部,不能呈现自由的状态,只可能间接地由强子实验观测到它们的存在[1]。 

微扰理论能够成功应用于量子色动力学渐近自由下的现象,然而渐进自由需要极高的能 量,或者等效地,由测不准原理,需要在夸克之间相距很近地情况下成立,即在耦合常数相 当小的高动量迁移下的物理过程中可以得到应用,而无法适用于低动量迁移的物理现象和强子结构。自然畀的 6 种夸克 (标准模型以及相关的实验表明,夸克的数量不会超过三代 6 种) 中 5 种夸克(上夸克 u、下夸克 d、奇夸克 s、粲夸克 c、底夸克 b)只存在于强子束缚态内部, 而最重的顶夸克 t 寿命极短,产生以后立即会衰变为底夸克 b。两个夸克之间的势能函数可以等效地用一个公式表示:,从此式可以看出,夸克之间不仅存在类似于电荷之间地库伦式,同时还存在着线性禁闭势。线性禁闭势地存在意味着夸克之间的距离 增大时,跑动耦合常数变大,以至于耦合强度变为无穷大,夸克之间的结合力随着分开的距 离增加而增加,因而把两个夸克分开到无穷远就需要无限地能量。所以在实际情况中,夸克 和胶子永远被束缚在强子内部,即 “夸克禁闭”[2]。目前,量子色动力学虽然可以定性地 解释夸克囚禁在强子内部的结构图像,但是要想定量地去分析夸克囚禁疑难和强子结构图像 依然是当代高能物理中一个重大的课题。夸克之间地强相互作用力地形式决定了量子色动力 学理论的渐近自由和夸克禁闭两个重要特点。夸克囚禁是由量子色动力学物理真空性质而造 成的。根据量子色动力学物理真空中充满着夸克、反夸克对以及胶子,物质与真空中的夸克、 反夸克对和胶子不断发生相互作用造成新的强子结构图像。因此揭示真空的本质将有助于寻 找夸克囚禁的解。只有完全掌握了渐近自由和夸克禁闭这两个特点,才能说对强相互作用有 了深刻的理解[1]。美国 BNL-RHIC 和欧洲 CERN-LHC 的 Au-Au 重离子碰撞实验,在极端相对 论条件下将夸克和胶子从质子和中子中解放出来,有限大小的强子将会解离成退禁闭的夸克 胶子等离子体(QGP)[5],随着系统温度的降低,QGP 再次发生退禁闭---禁闭的相变,夸克 对重新互相组合形成强子,强子相互之间发生频繁的弹性散射,系统继续膨胀,强子之间的 平均距离达到强相互作用的最大力程,强子之间不再有强相互作用,系统解体,强子的动量, 产额等信息被探测器测量到,通过这些信息可以间接获得 QGP 的相关性质和夸克重组合的图 像[3]。 文献综述

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