En cromodinámica cuántica (QCD), el confinamiento de color , a menudo llamado simplemente confinamiento , es el fenómeno de que las partículas cargadas de color (como quarks y gluones ) no se pueden aislar y, por lo tanto, no se pueden observar directamente en condiciones normales por debajo de la temperatura de Hagedorn de aproximadamente 2ºC. tera kelvin (correspondiente a energías de aproximadamente 130-140 MeV por partícula). [1] [2] Los quarks y gluones deben agruparse para formar hadrones . Los dos tipos principales de hadrones son los mesones (un quark, un antiquark) y los bariones.(tres quarks). Además, las bolas de pegamento incoloras formadas solo por gluones también son consistentes con el confinamiento, aunque son difíciles de identificar experimentalmente. Los quarks y gluones no se pueden separar de su hadrón original sin producir nuevos hadrones. [3]
Origen
Todavía no hay una prueba analítica del confinamiento del color en ninguna teoría de gauge no abeliana . El fenómeno puede entenderse cualitativamente si se observa que los gluones portadores de fuerza de QCD tienen carga de color, a diferencia de los fotones de la electrodinámica cuántica (QED). Mientras que el campo eléctrico entre partículas cargadas eléctricamente disminuye rápidamente a medida que esas partículas se separan, el campo de gluones entre un par de cargas de color forma un tubo de flujo estrecho (o cuerda) entre ellas. Debido a este comportamiento del campo de gluones, la fuerza fuerte entre las partículas es constante independientemente de su separación. [4] [5]
Por lo tanto, como dos cargas de color se separan, en algún momento se convierte energéticamente favorable para un nuevo quark-antiquark par que aparezca, en lugar de extender el tubo más. Como resultado de esto, cuando los quarks se producen en aceleradores de partículas, en lugar de ver los quarks individuales en los detectores, los científicos ven " chorros " de muchas partículas de color neutro ( mesones y bariones ) agrupadas. Este proceso se llama hadronización , fragmentación o rotura de cuerdas .
La fase de confinamiento generalmente se define por el comportamiento de la acción del bucle de Wilson , que es simplemente la ruta en el espacio-tiempo trazada por un par de quark-antiquark creado en un punto y aniquilado en otro punto. En una teoría no limitante, la acción de tal bucle es proporcional a su perímetro. Sin embargo, en una teoría de confinamiento, la acción del bucle es proporcional a su área. Dado que el área es proporcional a la separación del par quark-antiquark, los quarks libres se suprimen. Los mesones están permitidos en una imagen de este tipo, ya que un bucle que contiene otro bucle con la orientación opuesta tiene solo un área pequeña entre los dos bucles.
Escala de confinamiento
La escala de confinamiento o escala QCD es la escala a la que diverge la constante de acoplamiento fuerte definida perturbativamente. Por tanto, su definición y valor dependen del esquema de renormalización utilizado. Por ejemplo, en el esquema MS-bar y en 4 bucles en la ejecución de, el promedio mundial en el caso de los 3 sabores viene dado por [6]
Cuando la ecuación del grupo de renormalización se resuelve exactamente, la escala no se define en absoluto. Por lo tanto, es habitual citar el valor de la constante de acoplamiento fuerte en una escala de referencia particular.
Modelos que exhiben confinamiento
Además de QCD en cuatro dimensiones espaciotemporales, el modelo bidimensional de Schwinger también exhibe confinamiento. [7] Las teorías compactas del calibre abeliano también exhiben confinamiento en 2 y 3 dimensiones espaciotemporales. [8] Recientemente se ha encontrado confinamiento en excitaciones elementales de sistemas magnéticos llamados espinones . [9]
Si se redujera la escala de ruptura de la simetría electrodébil , la interacción SU (2) ininterrumpida eventualmente se volvería confinante. Los modelos alternativos donde SU (2) se vuelve confinado por encima de esa escala son cuantitativamente similares al modelo estándar a energías más bajas, pero dramáticamente diferentes por encima de la ruptura de simetría. [10]
Modelos de quarks totalmente apantallados
Además de la idea de confinamiento de quarks, existe la posibilidad potencial de que la carga de color de los quarks quede completamente filtrada por el color gluónico que rodea al quark. Se han encontrado soluciones exactas de la teoría clásica de Yang-Mills SU (3) que proporcionan una selección completa (por campos de gluones) de la carga de color de un quark. [11] Sin embargo, estas soluciones clásicas no tienen en cuenta las propiedades no triviales del vacío QCD . Por lo tanto, no está clara la importancia de tales soluciones de cribado gluónico completo para un quark separado.
Ver también
- Modelo de cuerda Lund
- Tensor de intensidad de campo de gluones
- Libertad asintótica
- Vórtice central
- Modelo superconductor dual
- Función beta (física)
- Teoría del calibre de celosía
- Existencia de Yang-Mills y brecha de masa
Referencias
- ↑ Barger, V .; Phillips, R. (1997). Física del colisionador . Addison – Wesley . ISBN 978-0-201-14945-6.
- ^ Greensite, J. (2011). Una introducción al problema del confinamiento . Apuntes de clases de física. 821 . Springer . Bibcode : 2011LNP ... 821 ..... G . doi : 10.1007 / 978-3-642-14382-3 . ISBN 978-3-642-14381-6.
- ^ Wu, T.-Y .; Pauchy Hwang, W.-Y. (1991). Mecánica cuántica relativista y campos cuánticos . World Scientific . pag. 321. ISBN 978-981-02-0608-6.
- ^ Muta, T. (2009). Fundamentos de la cromodinámica cuántica: una introducción a los métodos perturbativos en las teorías de gauge . Apuntes de clases de física . 78 (3ª ed.). World Scientific . ISBN 978-981-279-353-9.
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