Константа взаимодействия

КОНСТАНТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (константа связи) в квантовой теории поля (КТП), величина, определяющая силу взаимодействия элементарных частиц и их полей; мера нелинейности квантовой теории. Например, классическая потенциальная энергия U кулоновского взаимодействия двух электрических зарядов е₁ и е₂, находящихся на расстоянии r друг от друга, есть U = e₁e₂/r. В квантовой электродинамике (КЭД) константой связи служит тонкой структуры постоянная α = е²/ħс, где е - заряд электрона, ħ - постоянная Планка, с - скорость света; численно α≈1/137. Малость константы взаимодействия указывает на то, что квантовые эффекты, связанные с нелинейностью теории, малы. В частности, поляризация вакуума слабая, мала вероятность того, что в атомах присутствуют виртуальные электрон-позитронные пары, и т. д. В этом случае квантовые эффекты можно вычислять в виде рядов Тейлора по константе взаимодействия (так называемая теория возмущений по константе взаимодействия). Как правило, ряды Тейлора в КТП являются не сходящимися, а асимптотическими.

В теории сильных взаимодействий - квантовой хромодинамике (КХД) - аналогичная константа взаимодействия α_s, характеризующая силу взаимодействия кварков в нуклонах, не мала, и теория возмущений по α_s имеет ограниченную область применимости. С тем, что константа взаимодействия α_s в КХД не мала, связаны все нетривиальные свойства сильных взаимодействий, в частности конфайнмент (удержание) кварков и спонтанное нарушение симметрии.

В КТП константа взаимодействия, строго говоря, не является константой, а меняется в зависимости от расстояний, характерных для того или иного процесса, причём эффективная константа взаимодействия может как расти в сторону меньших расстояний, так и уменьшаться (смотри Великое объединение). КЭД даёт пример первого явления, а КХД - второго, названного асимптотической свободой. Хотя поляризация вакуума в КЭД невелика, она приводит к тому, что на малых расстояниях, характерных, например, для аннигиляции Z-бозона, α возрастает от 1/137 до примерно 1/130. Случай, когда константа взаимодействия остаётся строго константой на всех расстояниях, отвечает конформной теории поля; примером является суперсимметричная четырёхмерная версия квантовой теории Янга - Миллса полей.

Лит.: Пескин М. Е., Шредер Д. В. Введение в квантовую теорию поля. Ижевск, 2001.