Uwięzienie koloru

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Siły kolorowe faworyzują ukrycie, ponieważ szczególnym zasięgu jest bardziej energetycznie opłacalne stworzenie nowej pary kwark-antykwark, niż kontynuowanie rozciągania tuby strumienia koloru. Jest to analogiczne do zachowania rozciąganej gumki.
Animacja uwięzienia koloru. Energia jest dostarczana do kwarków, a tuba gluonowa rozciąga się, dopóki nie osiągnie punktu, w którym "urwie się" i uformuje parę kwark-antykwark.

Uwięzienie koloru, zwane też skrótowo uwięzieniem, jest zjawiskiem dotyczącym cząstek obdarzonych ładunkiem koloru (takich, jak kwarki), polegającym na niemożności odizolowania pojedynczej takiej cząstki, przez co niemożliwe jest jej bezpośrednie zarejestrowanie[1]. Domyślnie, kwarki łączą się w grupy, tworząc hadrony. Istnieją dwie grupy hadronów: mezony (kwark i antykwark), oraz bariony (trzy kwarki). Składowe kwarki nie mogą być oddzielone od hadronu rodzica, i to jest przyczyna, dla której kwarki nie mogą być studiowane ani obserwowane bardziej bezpośrednio, niż z poziomu hadronów[2].

Pochodzenie[edytuj | edytuj kod]

Powody uwięzienia kwarków są skomplikowane. Nie istnieje żaden analityczny dowód na to, że chromodynamika kwantowa powinna być więżąca. Obecna teoria głosi, że uwięzienie spowodowane jest przenoszącymi siłę gluonami, obdarzonymi kolorem. Jak w przypadku każdych dwóch rozłączonych naładowanych elektrycznie cząstek, pola elektryczne pomiędzy nimi szybko zanikają, pozwalając (dla przykładu) elektronom pozostawać niezwiązanymi z jądrem atomowym. Aczkolwiek, w miarę rozdzielania pary kwark-antykwark, pole gluonowe tworzy wąską tubę pola koloru pomiędzy nimi. Jest to inne niż zachowanie się pól elektrycznych dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych, które rozciągają się w całej otaczającej przestrzeni i zanikają na dużych odległościach. Z powodu obecności pola gluonowego, pomiędzy parą kwarków zachodzi oddziaływanie silne, którego siła pozostaje stała, niezależnie od odległości[3][4], i wynosi około 160 000 newtonów, co odpowiada ciężarowi 16 ton.

Kiedy dwa kwarki zostają rozdzielone, do czego dochodzi podczas zderzeń w akceleratorach cząstek, z energetycznego punktu widzenia korzystniej jest, żeby spontanicznie powstała nowa para kwark-antykwark, co pozwala tubie dalej istnieć. W rezultacie, podczas powstawania kwarków w akceleratorze, zamiast widzieć w detektorze pojedyncze kwarki, widzimy dżety wielu neutralnych względem koloru cząstek (mezonów i barionów), w jednej formacji. Proces ten nazywany jest hadronizacją, fragmentacją lub rozrywaniem strun, i jest jednym z najmniej zrozumianych procesów w fizyce cząstek elementarnych.

Faza uwięzienia jest zwykle definiowana przez zachowanie się działania pętli Wilsona, które jest po prostu ścieżką w czasoprzestrzeni, pozostawioną przez parę kwark-antykwark, utworzoną w jednym miejscu i zanihilowaną w innym. W teorii nie więżącej, działanie w takiej pętli jest proporcjonalne do perymetru. Aczkolwiek, w teorii więżenia, działanie w pętli jest proporcjonalne do jej obszaru. Ponieważ obszar jest proporcjonalny do rozdzielenia pary kwark-antykwark, wolne kwarki są tłumione. Mezony są dozwolone w taki modelu, ponieważ pętla zawiera drugą pętlę o przeciwnym kierunku, a przestrzeń pomiędzy nimi jest niewielka.

Modele wykazujące uwięzienie[edytuj | edytuj kod]

Poza czterowymiarową QCD, innym modelem wykazującym uwięzienie jest model Schwingera[5]. Kompaktowe z grupą przemienną teorie cechowania również wykazują uwięzienie w 2 oraz 3 wymiarach czasoprzestrzeni[6]. Uwięzienie zostało ostatnio odnalezione w elementarnych wzbudzeniach układów magnetycznych, zwanych spinonami[7].

Modele w pełni ekranowanych kwarków[edytuj | edytuj kod]

Oprócz idei uwięzienia kwarków, istnieje potencjalna możliwość, że ładunek koloru w kwarkach jest w pełni ekranowany przez kolor gluonowy, otaczający kwark. Znaleziono dokładne rozwiązania SU(3) klasycznej teorii Yanga-Millsa, które daje pełne ekranowanie (przez pole gluonowe) koloru kwarków[8]. Aczkolwiek, takie klasyczne rozwiązanie nie bierze pod uwagę nietrywialnych własności elektrodynamicznej próżni kwantowej. Co za tym idzie, znaczenie takich rozwiązań pełnego gluonowego ekranowania oddzielonych kwarków pozostaje niejasne.

Zobacz również[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. V. Barger, R. Phillips: Collider Physics. Addison–Wesley, 1997. ISBN 0-201-14945-1.
  2. T.-Y. Wu, W.-Y. Pauchy Hwang: Relativistic quantum mechanics and quantum fields. World Scientific, 1991, s. 321. ISBN 981-02-0608-9.
  3. T. Muta: Foundations of quantum chromodynamics: an introduction to perturbative methods in gauge theories. World Scientific, 2009. ISBN 978-981-279-353-9.
  4. A. Smilga: Lectures on quantum chromodynamics. World Scientific, 2001. ISBN 978-981-02-4331-9.
  5. Kenneth G. Wilson, Confinement of Quarks, Phys. Rev. D 10, 2445–2459 (1974), http://prd.aps.org/abstract/PRD/v10/i8/p2445_1
  6. Verena Schön. 2d Model Field Theories at Finite Temperature and Density (Section 2.5). , 2000-08-22. 
  7. Patrz: Lake et al, Nature Physics, 6, s.50 (2010)
  8. K. Cahill, Physical Review Letters, 41, p599 (1978), http://prl.aps.org/abstract/PRL/v41/i9/p599_1

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]