Cromodinámica quàntica
_mk.svg){kind=link}
La cromodinámica quàntica (QCD) és una teoria quàntica de camps que descriu una de les forces fonamentals, l'interacció forta. Va ser proposta al començament dels anys 70 per David Politzer, Frank Wilczek i David Gross com a teoria per a comprendre l'estructura de bariones (colectius de tres quarks, com protones i neutrons) i posades (pares quark-antiquark, com els piones).[1] Pel seu treball en cromodinámica quàntica, a Gross, Wilczek i Politzer els va ser concedit el Premi Nobel de Física en 2004.
La cridada «cromodinámica» ve de la paraula grega chromos (color). Este nom és oportú ya que a la càrrega dels quarks, partícules bàsiques dins d'esta teoria, se li designa com càrrega de color; encara que no està relacionada en la percepció visual del color. La cromodinámica quàntica és una part molt important del model estàndar de la física de partícules.
Descripció
[editar | editar còdic]La cromodinámica quàntica és una teoria de gauge que descriu l'interacció entre quarks i gluones. Els quarks són els fermiones d'esta teoria i eixerciten un paper anàlec als electrons i neutrinos del model electrodébil, els gluones són els bosones de gauge de la teoria, i eixerciten un paper anàlec als fotons en la QED.[1] Els gluones són representables per mig d'un camp de Yang-Mills la simetria interna del qual és el grup SU(3).
Segons esta teoria, el caràcter de l'interacció forta està determinat per una simetria especial entre les carregues de color dels quarks. Es coneix a esta simetria com el grup de gauge SU(3) i els quarks es transformen baix este grup com triplets SU(3) de camps fermiónicos de Dirac. Encara que les expansions perturbativas eren importants per al desenroll de la QCD, esta també prediu molts efectes no perturbativos tals com confinament, condensados fermiónicos i instantones.
Un enfocament particular a la QCD, a saber el model de ret de QCD en el retícul, ha permés als investigadors obtindre alguns resultats i cantitats teòriques que eren prèviament incalculables.
Història
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Història de la mecànica quàntica.
En l'invenció de la cámara i la cambra de purnes en la década de 1950, la física de partícules experimental va descobrir un gran número cada volta major de partícules anomenades hadrones. Semblava que una cantitat tan gran de partícules no podien ser totes fonamentals. Primer, les partícules varen ser classificades per càrrega i isospin per Eugene Wigner i Werner Heisenberg; despuix, en 1953-1956, segons l'estranyea per Murray Gell-Mann i Kazuhiko Nishijima (vore fòrmula de Gell-Mann-Nishijima). Per a obtindre una major comprensió, els hadrones es varen classificar en grups que tenien propietats i masses similars utilisant la via óctuple, inventada en 1961 per Gell-Mann.[2] i Yuval Ne'eman. Gell-Mann i George Zweig, corregint un enfocament anterior de Shoichi Sakata, varen propondre en 1963 que l'estructura dels grups podria explicar-se per l'existència de tres sabors de partícules més chicotetes dins dels hadrones: els quark. Gell-Mann també va discutir breument un model de teoria de camps en el que els quarks interactuen en els gluones.[3][4]
Potser la primera observació de que els quarks deurien posseir un número quàntic adicional es va fer com una breu nota al peu en la preimpresión de Boris Struminsky[5] en relació en el hiperón Ω− estant compost per tres quarks estranys en espin paralels (esta situació era peculiar, perque ya que els quarks són fermiones, tal combinació està prohibida pel principi d'exclusió de Pauli):
Boris Struminsky era un estudiant de doctorat de Nikolay Bogolyubov. El problema considerat en esta preimpresión va ser sugerit per Nikolay Bogolyubov, qui va assessorar a Boris Struminsky en esta investigació.[5] A principis de 1965, Nikolay Bogolyubov, Boris Struminsky i Albert Tavkhelidze varen escriure una preimpresión en una discussió més detallada del grau adicional de llibertat quàntica de quarks.[6] Este treball també va ser presentat per Albert Tavkhelidze sense obtindre el consentiment dels seus colaboradors per a fer-ho en una conferència internacional en Trieste (Itàlia), en maig de 1965.[7][8]
Una situació misteriosa similar va ser en el barión Δ++; en el model de quark, es compon de tres up quark en espin paralels. En 1964–65, Greenberg[9] i Han–Nambu[10] varen resoldre el problema de forma independent proponent que els quarks posseïxen un grau de llibertat adicional de calibre SU(3), més vesprada anomenat càrrega de color. Han i Nambu varen notar que els quarks podrien interactuar a través d'un octet de vectores bosones de calibre: els gluones.
Ya que les busques gratuïtes de quarks varen fallar consistentemente en trobar proves de les noves partícules, i degut a que una partícula elemental en eixe llavors es "va definir" com una partícula que podia separar-se i aïllar-se, Gell-Mann solia dir que els quarks eren simplement construccions matemàtiques convenients, no partícules reals. El significat d'esta declaració generalment era clar en el context: volia dir que els quarks estan confinats, pero també estava insinuant que les interaccions fortes provablement no podrien descriure's completament per mig de la teoria quàntica de camps.
Richard Feynman va argumentar que els experiments d'alta energia varen mostrar que els quarks són partícules reals: els va cridar "partones" (ya que eren parts de hadrones). Per partícules, Feynman es referia a objectes que viagen a lo llarc de camins, partícules elementals en una teoria de camps.
La diferència entre els enfocaments de Feynman i Gell-Mann va reflectir una profunda divisió en la comunitat de física teòrica. Feynman va pensar que els quarks tenen una distribució de posició o moment, com qualsevol atra partícula, i creïa (correctament) que la difusió del moment parton explicava la dispersió difractiva. Encara que Gell-Mann creïa que certes càrregues de quarks podien localisar-se, estava obert a la possibilitat de que els propis quarks no pogueren localisar-se perque l'espai i el temps es descomponien. Est va ser l'enfocament més radical de la teoria de la matriu S.
James Bjorken va propondre que els partones puntuals implicarien certes relacions en la dispersió inelástica profunda d'electrons i protones, que es varen verificar en experiments en SLAC en 1969. Açò va dur als físics a abandonar l'enfocament de la matriu S per a les interaccions fortes.
En 1973, els físics Harald Fritzsch i Heinrich Leutwyler varen desenrollar el concepte de color com la font d'un "camp fort" en la teoria de QCD, junt en el físic Murray Gell-Mann.[11] En particular, varen amprar la teoria general del camp desenrollada en 1954 per Chen Ning Yang i Robert Mills[12] (vore Teoria de Yang-Mills), en la que les partícules portadores d'una força poden irradiar més partícules portadores. (Açò és diferent de QED, a on els fotons que transporten la força electromagnètica no irradian més fotons).
El descobriment de la llibertat asintòtica en les interaccions fortes per David Gross, David Politzer i Frank Wilczek va permetre als físics fer prediccions precises dels resultats de molts experiments d'alta energia utilisant la tècnica de la teoria quàntica de camp de la teoria del destorbament. Es va descobrir proves de gluones en events de tres chorrada en PETRA en 1979. Estos experiments es varen tornar cada volta més precisos, culminant en la verificació de QCD perturbativo al nivell d'un chicotet percentage en LEP, en el CERN.
L'atre costat de la llibertat asintòtica és el confinament. Ya que la força entre les càrregues de color no disminuïx en la distància, es creu que els quarks i els gluones mai poden lliberar-se dels hadrones. Este aspecte de la teoria es verifica dins de càlculs QCD de celosía, pero no es prova matemàticament. Un dels Problemes del Premi del Mileni anunciat pel Institut de Matemàtiques Clay requerix que un reclamante produïxca tal prova. Atres aspectes de la QCD no perturbativa són l'exploració de les fases de la matèria de quarks, inclós el plasma de quarks-gluones.
La relació entre el llímit de partícules de curta distància i el llímit de llarga distància de confinament és un dels temes explorats recentment utilisant la teoria de cordes, la forma moderna de la teoria de la matriu S.
Vore també
[editar | editar còdic]- Quark
- Teoria quàntica
- Teoria quàntica de camps
- Teoria de gauge
- Fantasma de Faddéyev-Popov
- Condensado fermiónico
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Halzen, Francis (1984). Universitat de Wisconsin (ed.). Quarks and Lepons: An Introducory Course in Modern Particle Physics, 1ª edició, Canadà: Wiley, pp. 396.
- ↑ Gell-Mann, M. (1961). "The Eightfold Way: A Theory of strong interaction symmetry" (No. TID-12608; CTSL-20). Califòrnia Inst. of Tech., Pasadena. Synchrotron Lab (online).
- ↑ M. Gell-Mann (1964). “A Schematic Model of Baryons and Mesons”. Physics Letters 8 (3): 214–215. doi:. Bibcode: 1964PhL.....8..214G.
- ↑ (2010) Murray Gell-Mann: Selected Papers, World Scientific.
- ↑ 5,0 5,1 B. V. Struminsky, Magnetic moments of baryons in the quark model. JINR-Preprint P-1939, Dubna, Russia. Submitted on January 7, 1965.
- ↑ N. Bogolubov, B. Struminsky, A. Tavkhelidze. On composite models in the theory of elementary particles. JINR Preprint D-1968, Dubna 1965.
- ↑ A. Tavkhelidze. Proc. Seminar on High Energy Physics and Elementary Particles, Trieste, 1965, Vienna IAEA, 1965, p. 763.
- ↑ V. A. Matveev and A. N. Tavkhelidze (INR, RAS, Moscow) The quàntum number color, colored quarks and QCD [1] archivat en Wayback Machine. (Dedicated to the 40th Anniversary of the Discovery of the Quàntum Number Color). Report presented at the 99th Session of the JINR Scientific Council, Dubna, 19–20 January 2006.
- ↑ Greenberg, O. W. (1964). “Spin and Unitary Spin Independence in a Paraquark Model of Baryons and Mesons”. Phys. Rev. Lett. 13 (20): 598–602. doi:. Bibcode: 1964PhRvL..13..598G.
- ↑ “Three-Triplet Model with Double SU(3) Symmetry” (1965). Phys. Rev. 139 (4B): B1006–B1010. doi:. Bibcode: 1965PhRv..139.1006H.
- ↑ “Advantages of the color octet gluon picture” (1973). Physics Letters 47B (4): 365–368. doi:. Bibcode: 1973PhLB...47..365F.
- ↑ “Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance” (1954). Physical Review 96 (1): 191–195. doi:. Bibcode: 1954PhRv...96..191I.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Cromodinámica cuántica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.