Confinamento de cor

O confinamento de cor (ou simplemente confinamento) é unha propiedade das partículas elementais que posúen unha carga de cor: estas partículas non poden estar illadas e obsérvanse unicamente con outras partículas de tal maneira que a combinación formada sexa branca, isto é, que a súa carga de cor total sexa nula. Esta propiedade está na orixe da existencia dos hadróns.

 Descrición fenomenolóxica 
O fenómeno de confinamento xunto coa propiedade de liberdade asintótica son dúas das propiedades máis relevantes da teoría da cromodinámica cuántica formulada para dar conta das interaccións fortes que actúan sobre as partículas que posúen unha carga de cor. As razóns do confinamento son máis complicadas que as da liberdade asintótica, de feito, aínda non se conta con ningunha demostración analítica de que a cromodinámica cuántica produce confinamento. En cambio a liberdade asintótica foi anticipada mediante cálculos perturbativos en 1973 por Frank Wilczek, David Gross e David Politzer que recibiron o premio Nobel de Física por este traballo en 2004.
miniatura|350x350px|Animación ilustrativa do confinamento dun par quark-antiquark. A medida que se aporta enerxía, o tubo de fluxo asociado aos gluóns pode alongarse, a partir dun certo punto o tubo acumula suficiente enerxía para permitir a formación dun par quark-antiquark, que é unha configuración máis estable. Tras a formación do par fórmase un novo mesón que se aparta do mesón orixinal.
O confinamento é unha propiedade das teorías de gauge non-abelianas. Téñase en conta que a intensidade das outras interaccións fundamentais (electromagnéticas, interacción feble e gravitación) diminúen coa separación, e poden descartarse para unha separación grande. Para as interaccións fortes, o acoplamento entre partículas con cor aumenta coa distancia, de maneira aproximadamente lineal para separacións grandes (para a interacción feble o decaimiento da intensidade débese a que os bosóns asociados son masivos, polo que o mecanismo de decaimiento é diferente que no caso do electromagnetismo e a gravidade). Existe unha maneira gráfica de interpretar o confinamento dos quarks, cando dous deles sepáranse fórmase un tubo de fluxo entre os dous quarks polo cal circulan os gluóns. A enerxía do tubo de fluxo aumenta coa separación, é dicir, a forza atractiva entre os quarks faise máis forte coa distancia. Chegada a unha certa lonxitude de tubo, a enerxía asociada é suficiente como para formar un par quark-antiquark (nótese que a formación dun par de partículas require que a enerxía total sexa superior ás súas masas en repouso). Fenomenolóxicamente, considérase entón que o tubo "rompe" e que aparecen dous novos tubos, un entre o quark orixinal e o novo antiquark formado, e outro entre o antiquark orixinal e o novo quark formado grazas á rotura do tubo de fluxo.

Se un conxunto de quarks é globalmente branco (sen carga de cor neta) deixa de interaccionar co resto do sistema e forma un estado ligado chamado hadrón. Os quarks ao interior dos hadróns están ligados por tubos de fluxo entre eles pero non co resto do sistema; contrariamente aos quarks, os hadróns forman estados asintóticos que interaccionan feblemente a grandes distancias.

O proceso de ruptura dos tubos de fluxo repítese ata que todos os quarks producidos son reunidos en hadróns. O conxunto do proceso denomínase hadronización.

 Aspectos teóricos 
A pesar destas consideracións intuitivas, non existe por agora ningunha proba formal que o confinamento sexa unha característica da QCD. Isto resulta do feito que o confinamento é un fenómeno dun alto axuste onde dominan os efectos non-perturbativos. A ecuación semiclásica para o campo gluónico vén dada por:Onde:

  é o campo gluónico combinado para tódolos tipos de gluóns, que é formalmente similar ao tensor de campo electromagnético.
  é a suma de potenciais vectoriais gluónicos, que formalmente é análogo ao potencial vectorial electromagnético.
  é a densidade de carga de cor.
 , é a paréntese da álxebra de Lie de SU(3).

Esta ecuación é reminiscente das ecuacións de Maxwell que dan o campo electromagnético en termos das correntes e cargas, con todo, o termo entre corchetes introduce unha diferenza fundamental. De feito, ese termo está asociado a unha diferenza esencial entre os gluóns e os fotóns: os gluóns teñen carga de cor e poden interaccionar entre eles, fronte aos fotóns que ao non posuír carga eléctrica non interaccionan entre si. Esa diferenza crucial suponse é o que fai que a interacción electromagnética teña un alcance potencialmente infinito fronte ao moi curto alcance da interacción forte.

Porén, non se demostrou aínda de forma rigorosa se a capacidade de interacción dos gluóns entre si podería explicar todos os detalles do confinamento. As ecuacións semiclásicas do campo gluónico constitúen un sistema de ecuacións para 8 tipos de gluones que interactúan entre si.

 Notas 

Categoría:Física nuclear