Tình yêu đầu tiên trong vật lý là các hạt quark. Trong nhiều năm tôi đọc và suy nghĩ vô vọng các bài kinh điển về QCD. Lý thuyết quá đẹp quá đơn giản không có điểm nào bám víu để sáng tạo. Tôi không tin rằng tiệm cận tự do bắt buộc dẫn tới cầm tù quark. Tôi cũng không tin tương tác thông qua một trường gauge SU(3) tất yếu sẽ cầm tù màu.
Nếu số màu là vô tận, QCD là tương đương với lý thuyết meson phi tuyến. Thực chất của phép chứng minh này là một phép đổi biến hình thức trong tích phân phiếm hàm Feynman của QCD. Trong hệ nhiều hạt, thậm chí có tương tác mạnh, như QHE phép biến đổi này được dùng như cơm bữa gọi là phép biến đổi Hubbard-Stratonovich dùng để “tiên đoán” ra sự tồn tại của các trường mới, thường là các giả hạt, hay kích thích tập thể, một khái niệm chúng ta sẽ phải bàn rất nhiều. Nói thì rắc rối, có lẽ vì không có gì nên mới phải rắc rối: QCD cũng như các hệ electrob tương tác mạnh mô tả bởi tích phân phiếm hàm theo tất cả các trường có mặt trong hàm tác dụng ở trong biểu thức tích phân. Chúng ta có thể đưa vào lý thuyết một trường mới là trường meson liên kết với quark thông qua một tương tác Yukawa, biểu hiện việc cặp quark- phản quark sẽ trở thành meson với một xác suất nào đó tỷ lệ với bình phương của hằng số liên kết. Chúng ta sẽ thay thế tích phân này bằng một tích phân 3 biến với hàm tác dụng có thêm số hạng tương tác Yukawa có giá trị hình thức bằng nhau. Sau đó lấy tích phân hình thức theo quark và gluon, chúng ta sẽ có một lý thuyết chỉ chứa meson. Do hai tích phân này là như nhau, ta có thể giả thiết lý thuyết meson sẽ thay thế QCD trong những điều kiện nhất định, giống như các giả hạt mô tả các hệ QHE.
Quan điểm dùng biến động lực mới (giả hạt) mô tả tương tác mạnh đẹp đẽ ở chỗ nó cho phép ta học từ các nhà vật lý chất rắn. Từ các electron và ion tương tác điện từ với hằng số liên kết 1/137 khá nhỏ, vật lý đã tổ chức chúng vào một cấu hình có thể mô tả bởi câc kích thích tập thể tương tác mạnh. Như vậy tương tác mạnh cũng như vậy.
Quan niệm này có một khuyết điểm là trong thực tế chúng ta thấy có các baryon, cụ thể là neutron và proton có spin 1/2. Tôi không rõ có thể áp dụng lại phép ảo thuật Hubbard-Stratonovich cho nucleon hay không. Tuy nhiên, mô hình Skyrme đã chứng tỏ các soliton topo, các lời giải cổ điển với đặc trưng topo không tầm thường, mô tả tốt baryon. Nếu chúng ta lượng tử hoá các lời giải này, chúng ta sẽ có các hạt có spin 1/2, có isospin,...Tất nhiên, các phép tính tích phân nói trên đều hình thức và có phần cưỡng ép. Mặt khác các lời giải soliton cũng khá thô sơ và ở trong các trường hợp đặc biệt, và suy đoán không hề chặt chẽ. Chắc còn rất lâu, vật lý và toán học mới chứng minh được chặt chẽ bức tranh rất đẹp và có tính mơ mộng này.
QCD gồm các quark tương tác yếu thông qua gluon ở trong pha tương tác mạnh sẽ được mô tả bởi lý thuyết meson phi tuyến spin 0. Các số hạng tương tác bậc cao sẽ làm hình thành các hạt có spin 1,2, hoặc số nguyên bất kỳ. Câc hạt spin 1/2, 3/2, và bán nguyên là các xoáy nước trên biển meson mênh mông này. Tương tác giữa chúng thông qua trường meson sẽ trở thành mạnh và không thể tính toán nhiễu loạn. Bức tranh là đầy đủ và đẹp.
Nhưng còn quark và cầm tù quark thì sao. Tình hình có thể ngược lại với các hệ vật rắn tương tác mạnh như QHE. Trong QHE, các thực thể tương tác mạnh là các kích thích tập thể hay GIẢ hạt. Giả tức là không phải là hạt thực, hạt thực là điện tử, ion và photon. Trong QCD các baryon, meson là các hạt thực quan sát được, còn quark và gluon chưa hề quan sát được trực tiếp. Chúng ta hãy tráo đổi vị trí, tìm lại quark như các giả hạt trong lý thuyết meson. Về mặt thực nghiệm trong các quá trình tán xạ e-p năng lượng cao, gọi là phi đàn tính sâu (deep inelastic) người ta “thấy” được các vật điểm trong proton và Feynmann gọi là parton, có thể đồng nhất với quark. Quark có điện tích phân số, giống như anyon trong QHe. Như vậy quark cũng là “giả hạt” theo một nghĩa nào đó. Trong một cục pho mai, các lỗ trông giống như những thực thể. Nếu quark là các lỗ trong cục pho mai là proton, cầm tù quark có thể xem như việc không thể cắt cái lỗ ra khỏi cục pho mát.
Tuy vậy, làm thế nào để có thể tìm ra nghiệm quark-lỗ từ lý thuyết meson phi tuyến là một giấc mơ của tôi từ 30 năm nay.
Nguyễn Ái Việt (Debrecen.VIDI72)
No comments:
Post a Comment