Llibertat asintòtica

En física de partícules, la llibertat asintòtica és la propietat d'algunes teories de gauge en les quals algunes partícules, com els quarks, tenen interaccions que es debiliten progressivament a distàncies menors, és dir, a escales de llongitut que convergixen asintóticamente a zero (o, equivalentement, a escales d'energia que apleguen a ser arbitrariamente grans).

Descobriment

El fet de que la llibertat asintòtica és una propietat de la cromodinámica quàntica (QCD), la teoria quàntica de camps de les interaccions de quarks i de gluonés, va ser descobert per David Gross, Frank Wilczek, i David Politzer en 1973, motiu pel que els va ser otorgat el Premi Nobel de Física en l'any 2004.

La llibertat asintòtica implica que en dispersió de gran energia els quarks es mouen dins dels hadrones, tals com el neutró i el protón, essencialment com a partícules lliures, que no interactuen, i permet que els físics calculen les seccions eficaces de varis acontenyiments en física de partícules usant confiablemente tècniques de partón.

El descobriment també ha ajudat a rehabilitar la reputació de la teoria quàntica de camps (QFT) com a descripció coherent de les interaccions de les partícules. Abans de 1973, molts teòrics varen sospitar que QFT es feya fonamentalment incoherent pel pol de Landau de curta distància que sorgix en electrodinàmica quàntica i algunes atres teories de camps. Les teories en llibertat asintòtica, no obstant, carixen d'este pol de Landau. El descobriment de la llibertat asintòtica va ser, per lo tant, un pas clau en l'aparició d'un model estàndar de la física de partícules basat en la teoria quàntica de camps.

El apantallamiento i el antiapantallamiento

Apantallamiento de càrrega en QED.

La variació en un acoplament físic constant baix canvis d'escala pot entendre's cualitativamente com a provinents de l'acció del camp sobre partícules virtuals que porten la càrrega rellevant. El comportament del pol de Landau de QED és una conseqüència del apantallamiento per parells carregats virtuals partícula-antipartícula, tals com a parells electró-positrón, en el buit. En el veïnat d'una càrrega, el buit es polarisa: partícules virtuals de càrrega oposta són atretes a la càrrega, i partícules virtuals de càrrega semblant són rebujades. L'efecte net és cancelar parcialment el camp a qualsevol distància finita. Acostant-se cada volta més a la càrrega central, es veu menys i menys l'efecte del buit, i aumenta la càrrega eficaç.

En QCD, la mateixa cosa succeïx en parells virtuals quark-antiquark; tendixen a apantallar la càrrega de color. No obstant en QCD hi ha un fet adicional: les partícules que duen la força, els gluones, tenen aixina mateix carrega de color. En llínea general, cada gluon du una càrrega del color i una càrrega de anti-color (d'un color distint). L'efecte net de la polarisació de gluones virtuals en el buit no és apantallar el camp, sino aumentar-ho i afectar el seu color. Açò es diu a voltes antiapantallamiento. Acostar-se a un quark disminuïx l'efecte antiapantallamiento dels gluones virtuals circumdants, aixina que la contribució d'este efecte seria debilitar la càrrega eficaç en una disminució de distància.

ya que els quarks virtuals i els gluones virtuals contribuïxen en efectes oposts, que efectes prevalen depén del número de diverses classes, o dels sabors, de quarks. Per a la QCD estàndart en tres colors, ya que no hi ha no més de 16 sabors de quark (no contant els antiquarks per separat), el antiapantallamiento preval i la teoria és asintóticamente lliure. De fet, hi ha solament 6 sabors coneguts de quark.