Uzavření barev - Color confinement

Síla barvy upřednostňuje uzavření, protože v určitém rozsahu je energeticky výhodnější vytvořit pár kvark – antikvark než pokračovat v prodlužování trubice toku barev. To je analogické s chováním podlouhlé gumičky.
Animace zadržování barev. Pokud je energie dodána do kvarků, jak je znázorněno, prodlužuje se gluonová trubice, dokud nedosáhne bodu, kde „zaklapne“ a vytvoří dvojici kvark-antikvark. Jednotlivé kvarky tedy nikdy nevidíme izolovaně.

v kvantová chromodynamika (QCD), uzavření barev, často jednoduše volal vězení, je fenomén, který barevně nabité částice (např kvarky a gluony ) nelze izolovat, a proto je nelze přímo pozorovat za normálních podmínek pod Hagedornova teplota přibližně 2 terakelvin (což odpovídá energiím přibližně 130–140 MeV na částici).[1][2] Kvarky a gluony se musí shlukovat, aby se vytvořily hadrony. Dva hlavní typy hadronu jsou: mezony (jeden kvark, jeden antikvark) a baryony (tři kvarky). Navíc bezbarvý lepicí koule vytvořené pouze z gluonů jsou také v souladu s vězením, i když je obtížné je experimentálně identifikovat. Kvarky a gluony nelze oddělit od mateřského hadronu bez výroby nových hadronů.[3]

Původ

V žádném dosud neexistuje analytický důkaz o zadržení barev neabelovská teorie měřidel. Tento jev lze pochopit kvalitativně tím, že si všimnete, že síla nese gluony QCD mají barevný náboj, na rozdíl od fotonů kvantová elektrodynamika (QED). Vzhledem k tomu, že elektrické pole mezi elektricky nabité s oddělováním těchto částic rychle klesá gluonové pole mezi dvojicí barevných nábojů tvoří úzký trubice toku (nebo řetězec) mezi nimi. Kvůli tomuto chování gluonového pole je silná síla mezi částicemi konstantní bez ohledu na jejich oddělení.[4][5]

Když se tedy oddělí dva barevné náboje, stane se v určitém okamžiku energeticky příznivým pro nový kvark – antikvark pár místo toho, aby se trubice dále prodlužovala. V důsledku toho, když se kvarky produkují v urychlovačích částic, místo toho, aby jednotlivé kvarky viděli v detektorech, vidí vědci "trysky "mnoha barevně neutrálních částic (mezony a baryony ), seskupeny dohromady. Tento proces se nazývá hadronizace, fragmentacenebo lámání strun.

Fáze uzavření je obvykle definována chováním akce z Wilsonova smyčka, což je jednoduše cesta dovnitř vesmírný čas vysledovat dvojice kvark – antikvark vytvořená v jednom bodě a zničená v jiném bodě. V teorii bez omezení je působení takové smyčky úměrné jejímu obvodu. V omezující teorii je však působení smyčky místo toho úměrné její ploše. Jelikož je plocha úměrná oddělení dvojice kvark – antikvark, volné kvarky jsou potlačeny. Na takovém obrázku jsou povoleny mezony, protože smyčka obsahující další smyčku s opačnou orientací má mezi dvěma smyčkami jen malou plochu.

Stupnice uvěznění

Vazební stupnice nebo stupnice QCD je stupnice, ve které se odchyluje rušivě definovaná silná vazebná konstanta. Jeho definice a hodnota proto závisí na renormalizace použité schéma. Například ve schématu MS-bar a ve 4-smyčce v chodu , světový průměr v případě 3 příchutí je dán vztahem[6]

Když renormalizační skupinová rovnice je vyřešeno přesně, měřítko není vůbec definováno. Je proto obvyklé místo toho citovat hodnotu silné vazební konstanty v konkrétní referenční stupnici.

Modely vykazující uvěznění

Navíc QCD ve čtyřech časoprostorových dimenzích, dvojrozměrném Schwingerův model také vykazuje uvěznění.[7] Kompaktní Abelian měřicí teorie také vykazují vězení ve 2 a 3 prostoročasových rozměrech.[8] Nedávno bylo zjištěno uvěznění v elementárních buzeních magnetických systémů zvaných spinony.[9]

Pokud rozbití elektroslabé symetrie měřítko byly sníženy, nepřerušená interakce SU (2) by se nakonec stala omezující. Alternativní modely, kde se SU (2) nad touto stupnicí omezuje, jsou kvantitativně podobné Standardní model při nižších energiích, ale dramaticky se liší nad porušením symetrie.[10]

Modely plně prověřených kvarků

Kromě nápadu na uzavření kvarku existuje potenciální možnost, že barevný náboj kvarků bude plně stíněn gluonickou barvou obklopující kvark. Přesná řešení SU (3) classic Teorie Yang – Mills které poskytly úplné stínění (gluonovými poli) barevného náboje kvarku.[11] Taková klasická řešení však nebere v úvahu netriviální vlastnosti QCD vakuum. Proto význam takovýchto kompletních gluonických screeningových řešení pro separovaný kvark není jasný.

Řetězec QCD

v kvantová chromodynamika (nebo v obecnějším případě teorie kvantového měřidla ), Pokud spojení což je barva omezující nastane, je možné pro řetězce podobné stupně volanosti Řetězce QCD nebo Trubičky toku QCD tvořit. Tato strunová buzení jsou odpovědná za omezení barevných nábojů, protože jsou vždy připojena k alespoň jednomu řetězci, který vykazuje napětí. Jejich existenci lze předvídat z dvojí spin síť /odstředivá pěna modely (tato dualita je přesná a mříž ). K překvapivě dobré aproximaci jsou tyto řetězce popsány fenomenologicky podle Polyakovova akce, dělat je nekritické řetězce.

Viz také

Reference

  1. ^ Barger, V .; Phillips, R. (1997). Collider Physics. Addison – Wesley. ISBN  978-0-201-14945-6.
  2. ^ Greensite, J. (2011). Úvod do problému uvěznění. Přednášky z fyziky. 821. Springer. Bibcode:2011LNP ... 821 ..... G. doi:10.1007/978-3-642-14382-3. ISBN  978-3-642-14381-6.
  3. ^ Wu, T.-Y .; Pauchy Hwang, W.-Y. (1991). Relativistická kvantová mechanika a kvantová pole. World Scientific. p. 321. ISBN  978-981-02-0608-6.
  4. ^ Muta, T. (2009). Základy kvantové chromodynamiky: Úvod do poruchových metod v teoriích měřidel. Přednášky z fyziky. 78 (3. vyd.). World Scientific. ISBN  978-981-279-353-9.
  5. ^ Smilga, A. (2001). Přednášky o kvantové chromodynamice. World Scientific. ISBN  978-981-02-4331-9.
  6. ^ „Recenze kvantové chromodynamiky“ (PDF). Skupina dat o částicích.
  7. ^ Wilson, Kenneth G. (1974). "Zadržení kvarků". Fyzický přehled D. 10 (8): 2445–2459. Bibcode:1974PhRvD..10,2445 W.. doi:10.1103 / PhysRevD.10.2445.
  8. ^ Schön, Verena; Michael, Thies (2000). "2D teorie pole při konečné teplotě a hustotě (část 2.5)". V Shifman, M. (ed.). Na hranici částicové fyziky. str. 1945–2032. arXiv:hep-th / 0008175. Bibcode:2001afpp.book.1945S. CiteSeerX  10.1.1.28.1108. doi:10.1142/9789812810458_0041. ISBN  978-981-02-4445-3.
  9. ^ Lake, Bella; Tsvelik, Alexei M .; Notbohm, Susanne; Tennant, D. Alan; Perring, Toby G .; Reehuis, Manfred; Sekar, Chinnathambi; Krabbes, Gernot; Büchner, Bernd (2009). "Uzavření frakčního kvantového počtu částic v systému kondenzovaných látek". Fyzika přírody. 6 (1): 50–55. arXiv:0908.1038. Bibcode:2010NatPh ... 6 ... 50L. doi:10.1038 / nphys1462.
  10. ^ Claudson, M .; Farhi, E .; Jaffe, R. L. (1. srpna 1986). "Silně spojený standardní model". Fyzický přehled D. 34 (3): 873–887. doi:10.1103 / PhysRevD.34.873. PMID  9957220.
  11. ^ Cahill, Kevin (1978). "Příklad barevného screeningu". Dopisy o fyzické kontrole. 41 (9): 599–601. Bibcode:1978PhRvL..41..599C. doi:10.1103 / PhysRevLett.41.599.