Confinament de color: diferència entre les revisions
Primers assaigs d'article a partir de la versió anglesa. |
Cap resum de modificació |
||
| Línia 1: | Línia 1: | ||
| ⚫ | |||
| ⚫ | [[Image:Quark confinement.svg|thumb|350px|La força del color afavoreix el confinament perquè quan es prova de separar dos quarks, a partir d'una certa energia resulta més "econòmic" crear un nou parell quark-antiquark que seguir allargant el tub de flux color entre els quarks originals, de forma anàloga al d'una |
||
| ⚫ | |||
| ⚫ | |||
{{cite book |
|||
|author=V. Barger, R. Phillips |
|author=V. Barger, R. Phillips |
||
|year=1997 |
|year=1997 |
||
| Línia 9: | Línia 5: | ||
|publisher=[[Addison–Wesley]] |
|publisher=[[Addison–Wesley]] |
||
|isbn=0-201-14945-1 |
|isbn=0-201-14945-1 |
||
| ⚫ | }}</ref>. Els quarks, per defecte, s'agrupen en [[Hadró|hadrons]] de dos tipus: [[Mesó|mesons]] (un parell quark-antiquark) i [[Barió|barions]] (tres quarks).[[Image:Quark confinement.svg|thumb|350px|La força del color afavoreix el confinament perquè quan es prova de separar dos quarks, a partir d'una certa energia resulta més "econòmic" crear un nou parell quark-antiquark que seguir allargant el tub de flux color entre els quarks originals, de forma anàloga al comportament d'una molla que es trenca quan l'estirem. Al final del procés de creació de parelles quark-antiquark es forma un "jet" d'hadrons format per múltiples partícules.]] |
||
}}</ref> Els quarks, per defecte, s'agrupen en hadrons de dos tipus: mesons (un quark, un antiquark) i barions (tres quarks). |
|||
| ⚫ | |||
== |
==Origen== |
||
Les raons del confinament de quarks (i gluons) dins dels hadrons no són clares car no existeix encara cap prova analítica que la teoria matemàtica de la [[Força nuclear forta|interacció forta]], la [[cromodinàmica quàntica]] (CDQ), hagi de mantenir-les confinades. El confinament és degut al fet que els gluons, com a [[Bosó|bosons]] de la CDQ portadors de la interacció forta, posseeixen ells mateixos càrrega de color (a diferència dels [[Fotó|fotons]] de la [[Electrodinàmica quàntica|EDQ]] que no tenen [[càrrega elèctrica]] i generen un [[Potencial elèctric|potencial]] que decreix amb la distància entre càrregues). Així, quan hom prova de separar un parell quark-antiquark el camp de gluons, formant un tub estret entre ells, genera una força constant independent de la distància, equivalent a uns 10.000 [[Newton (unitat)|newtons]]. |
|||
The reasons for quark confinement are somewhat complicated; no analytic proof exists that [[quantum chromodynamics]] should be confining. The current theory is that confinement is due to the force-carrying [[gluon]]s having color charge. As any two [[electric charge|electrically charged]] particles separate, the [[electric field]]s between them diminish quickly, allowing (for example) [[electron]]s to become unbound from [[Atomic nucleus|atomic nuclei]]. However, as a quark-antiquark pair separates, the gluon field forms a narrow [[QCD string|tube]] (or string) of color field between them. This is quite different from the behavior of the electric field of a pair of positive and negative electric charges, which extends into the whole surrounding space and diminishes at large distances. Because of this behavior of the [[gluon field]], a [[strong force]] between the quark pair acts constantly—regardless of their distance<ref>{{Cite book|author= T. Muta|year=2009|url=http://books.google.com/books?isbn=9812793534 | title = Foundations of quantum chromodynamics: an introduction to perturbative methods in gauge theories |edition=3rd|publisher=World Scientific|isbn=978-981-279-353-9}}</ref><ref>{{Cite book|author=A. Smilga|year=2001|url=http://books.google.com/books?isbn=9810243316 | title = Lectures on quantum chromodynamics |publisher=World Scientific|isbn=978-981-02-4331-9}}</ref>—with a force of around 10,000 [[newton (unit)|newtons]]. <ref>Fritzsch, op. cite, p. 164. The author states that the force between differently coloured quarks remains constant at any distance after they travel only a tiny distance from each other, and is equal to that need to raise one ton, which is 1000 kg x 9.8 m/s^2 = ~10,000 N.</ref> |
|||
Quan dos quarks se separen, com succeeix en les col·lisions d'[[Accelerador de partícules|acceleradors de partícules]], en algun moment és energèticament més favorable l'aparició espontània d'un nou parell quark-antiquark a partir de l'energia acumulada al tub de color, que no pas que el tub continuïi allargant-se. Quan l'energia generada en la col·lisió és molt gran, en lloc de veure els quarks lliures individuals en els detectors, s'observa la producció de "jets" ("dolls") de moltes partícules neutres de color neutre (mesons i barions) resultants del procés continu de trencament del tub de color. Aquest procés s'anomena hadronització, fragmentació o trencament de corda, i és difícil de modelitzar teòricament car l'acoblament entre quarks i gluons és molt fort i no es poden utilitzar mètodes matemàtics perturbatius. |
|||
When two quarks become separated, as happens in [[particle accelerator]] collisions, at some point it is more energetically favorable for a new quark–antiquark [[pair production|pair]] to spontaneously appear, than to allow the tube to extend further. As a result of this, when quarks are produced in particle accelerators, instead of seeing the individual quarks in detectors, scientists see [[jet (particle physics)|"jets"]] of many color-neutral particles ([[meson]]s and [[baryon]]s), clustered together. This process is called ''[[hadronization]]'', ''fragmentation'', or ''string breaking'', and is one of the least understood processes in particle physics. |
|||
La |
|||
The confining phase is usually defined by the behavior of the [[action (physics)|action]] of the [[Wilson loop]], which is simply the path in [[spacetime]] traced out by a quark–antiquark pair created at one point and annihilated at another point. In a non-confining theory, the action of such a loop is proportional to its perimeter. However, in a confining theory, the action of the loop is instead proportional to its area. Since the area will be proportional to the separation of the quark–antiquark pair, free quarks are suppressed. Mesons are allowed in such a picture, since a loop containing another loop in the opposite direction will have only a small area between the two loops. |
|||
fase de confinament es defineix generalment pel comportament de l'acció |
|||
del bucle de Wilson, que és simplement la ruta d'accés a l'espai-temps |
|||
traçada per un parell quark-antiquark creat en un punt i aniquilat en un |
|||
altre punt. En una teoria no confinament, l'acció d'un bucle d'aquest tipus és proporcional al seu perímetre. No obstant això, en una teoria de confinament, l'acció del bucle és en canvi proporcional a la seva àrea. Ja que l'àrea és proporcional a la separació del parell quark-antiquark, quarks lliures se suprimeixen. Els |
|||
fondes estan permesos en una imatge tal, ja que un bucle que conté un |
|||
altre bucle en la direcció oposada tindrà només una petita àrea entre |
|||
els dos bucles. |
|||
==Models |
==Models que exhibeixen confinament== |
||
Besides [[Quantum Chromodynamics|QCD]] in four spacetime dimensions,{{clarify|date=July 2015|reason=In what sense is QCD a model "exhibiting" confinement?}} another model which exhibits confinement is the [[Schwinger model]].<ref name="Wilson 1974">{{cite journal |first=Kenneth G. |last=Wilson |title=Confinement of Quarks |journal=Physical Review D |volume=10 |pages=2445–2459 |date=1974-10-15 |url=http://prd.aps.org/abstract/PRD/v10/i8/p2445_1 |publisher=[[American Physical Society]] |location=College Park, MD, USA |issn=1550-2368 |oclc=55589778 |accessdate=2014-04-12|bibcode = 1974PhRvD..10.2445W |doi = 10.1103/PhysRevD.10.2445 }}</ref> Compact [[Abelian group|Abelian]] [[gauge theory|gauge theories]] also exhibit confinement in 2 and 3 spacetime dimensions.<ref>{{cite arXiv |
Besides [[Quantum Chromodynamics|QCD]] in four spacetime dimensions,{{clarify|date=July 2015|reason=In what sense is QCD a model "exhibiting" confinement?}} another model which exhibits confinement is the [[Schwinger model]].<ref name="Wilson 1974">{{cite journal |first=Kenneth G. |last=Wilson |title=Confinement of Quarks |journal=Physical Review D |volume=10 |pages=2445–2459 |date=1974-10-15 |url=http://prd.aps.org/abstract/PRD/v10/i8/p2445_1 |publisher=[[American Physical Society]] |location=College Park, MD, USA |issn=1550-2368 |oclc=55589778 |accessdate=2014-04-12|bibcode = 1974PhRvD..10.2445W |doi = 10.1103/PhysRevD.10.2445 }}</ref> Compact [[Abelian group|Abelian]] [[gauge theory|gauge theories]] also exhibit confinement in 2 and 3 spacetime dimensions.<ref>{{cite arXiv |
||
| last1=Schön | first1=Verena | first2=Thies |last2=Michael |
| last1=Schön | first1=Verena | first2=Thies |last2=Michael |
||
Revisió del 02:39, 3 nov 2015
El confinament del color, sovint anomenat simplement "confinament", és el fenomen físic pel qual les partícules amb càrrega de color (quarks i gluons) no poden ser aïllades, i per tant no poden ser observades lliures[1]. Els quarks, per defecte, s'agrupen en hadrons de dos tipus: mesons (un parell quark-antiquark) i barions (tres quarks).
Origen
Les raons del confinament de quarks (i gluons) dins dels hadrons no són clares car no existeix encara cap prova analítica que la teoria matemàtica de la interacció forta, la cromodinàmica quàntica (CDQ), hagi de mantenir-les confinades. El confinament és degut al fet que els gluons, com a bosons de la CDQ portadors de la interacció forta, posseeixen ells mateixos càrrega de color (a diferència dels fotons de la EDQ que no tenen càrrega elèctrica i generen un potencial que decreix amb la distància entre càrregues). Així, quan hom prova de separar un parell quark-antiquark el camp de gluons, formant un tub estret entre ells, genera una força constant independent de la distància, equivalent a uns 10.000 newtons.
Quan dos quarks se separen, com succeeix en les col·lisions d'acceleradors de partícules, en algun moment és energèticament més favorable l'aparició espontània d'un nou parell quark-antiquark a partir de l'energia acumulada al tub de color, que no pas que el tub continuïi allargant-se. Quan l'energia generada en la col·lisió és molt gran, en lloc de veure els quarks lliures individuals en els detectors, s'observa la producció de "jets" ("dolls") de moltes partícules neutres de color neutre (mesons i barions) resultants del procés continu de trencament del tub de color. Aquest procés s'anomena hadronització, fragmentació o trencament de corda, i és difícil de modelitzar teòricament car l'acoblament entre quarks i gluons és molt fort i no es poden utilitzar mètodes matemàtics perturbatius.
La fase de confinament es defineix generalment pel comportament de l'acció del bucle de Wilson, que és simplement la ruta d'accés a l'espai-temps traçada per un parell quark-antiquark creat en un punt i aniquilat en un altre punt. En una teoria no confinament, l'acció d'un bucle d'aquest tipus és proporcional al seu perímetre. No obstant això, en una teoria de confinament, l'acció del bucle és en canvi proporcional a la seva àrea. Ja que l'àrea és proporcional a la separació del parell quark-antiquark, quarks lliures se suprimeixen. Els fondes estan permesos en una imatge tal, ja que un bucle que conté un altre bucle en la direcció oposada tindrà només una petita àrea entre els dos bucles.
Models que exhibeixen confinament
Besides QCD in four spacetime dimensions,[Cal aclariment] another model which exhibits confinement is the Schwinger model.[2] Compact Abelian gauge theories also exhibit confinement in 2 and 3 spacetime dimensions.[3] Confinement has recently been found in elementary excitations of magnetic systems called spinons.[4]
Models of fully screened quarks
Besides the quark confinement idea, there is a potential possibility, that color charge of quarks gets fully screened by the gluonic color, surrounding the quark. Exact solutions of SU(3) classical Yang–Mills theory, which provide full screening (by gluon fields) of the color charge of a quark have been found.[5] However, such classical solutions do not take into account non-trivial properties of QCD vacuum. Therefore, a significance of such full gluonic screening solutions for a separated quark is not clear.
See also
- Gluon field strength tensor
- Asymptotic freedom
- Center vortices
- Deconfining phase
- Quantum mechanics
- Particle physics
- Fundamental force
- Dual superconducting model
- Beta-function
- Infrared safety
References
- ↑ V. Barger, R. Phillips. Collider Physics. Addison–Wesley, 1997. ISBN 0-201-14945-1.
- ↑ Wilson, Kenneth G. «Confinement of Quarks». Physical Review D. American Physical Society [College Park, MD, USA], vol. 10, 15-10-1974, pàg. 2445–2459. Bibcode: 1974PhRvD..10.2445W. DOI: 10.1103/PhysRevD.10.2445. ISSN: 1550-2368. OCLC: 55589778 [Consulta: 12 abril 2014].
- ↑ 2d Model Field Theories at Finite Temperature and Density (Section 2.5).
- ↑
Lake, Bella; Tsvelik, Alexei M.; Notbohm, Susanne; Tennant, D. Alan; Perring, Toby G.; Reehuis, Manfred; Sekar, Chinnathambi; Krabbes, Gernot; Büchner, Bernd «Confinement of fractional quantum number particles in a condensed-matter system». Nature Physics. Nature Publishing Group [London, UK], vol. 6, 1, 29-11-2009, pàg. 50–55. arXiv: 0908.1038. Bibcode: 2010NatPh...6...50L. DOI: 10.1038/nphys1462. ISSN: 1745-2481. OCLC: 150143123 [Consulta: 12 abril 2014].
- ↑ Cahill, Kevin «Example of Color Screening». Physical Review Letters. American Physical Society, vol. 41, 9, 28-08-1978, pàg. 599–601. Bibcode: 1978PhRvL..41..599C. DOI: 10.1103/PhysRevLett.41.599. ISSN: 1079-7114. OCLC: 31492939 [Consulta: 12 abril 2014].
