Ограничение цвета

Цветовая сила благоприятствует удержанию, потому что в определенном диапазоне энергетически выгоднее создать пару кварк-антикварк, чем продолжать удлинять трубку цветового потока. Это аналогично поведению вытянутой резинки.

Анимация ограничения цвета. Если к кваркам подается энергия, как показано, глюонная трубка удлиняется до тех пор, пока не достигнет точки, в которой она «защелкивается» и образует пару кварк-антикварк. Таким образом, одиночные кварки никогда не наблюдаются изолированно.

В квантовой хромодинамике (КХД) ограничение цвета , часто называемое просто ограничением , представляет собой явление, при котором частицы с цветовым зарядом (такие как кварки и глюоны ) не могут быть изолированы и, следовательно, не могут быть непосредственно наблюдаемы в нормальных условиях ниже температуры Хагедорна примерно 2 теракельвин (что соответствует энергии примерно 130–140 МэВ на частицу). Кварки и глюоны должны слипаться вместе, образуя адроны . Двумя основными типами адронов являются мезоны ( один кварк, один антикварк) и барионы (три кварка). Кроме того, бесцветные глюболы, состоящие только из глюонов, также согласуются с конфайнментом, хотя их трудно идентифицировать экспериментально. Кварки и глюоны не могут быть отделены от родительских адронов без образования новых адронов.

Происхождение

пока не существует Аналитического доказательства ограничения цвета в какой-либо неабелевой калибровочной теории . Качественно это явление можно понять, заметив, что переносящие силу глюоны КХД имеют цветовой заряд, в отличие от фотонов квантовой электродинамики (КЭД). В то время как электрическое поле между электрически заряженными частицами быстро уменьшается по мере разделения этих частиц, глюонное поле между парой цветных зарядов образует между ними узкую магнитную трубку (или струну). Из-за такого поведения глюонного поля сильное взаимодействие между частицами остается постоянным независимо от их разделения.

Поэтому при разделении двух цветных зарядов в какой-то момент становится энергетически выгодным появление новой пары кварк-антикварк , а не дальнейшее расширение трубки. В результате этого, когда кварки производятся в ускорителях частиц, вместо того, чтобы видеть отдельные кварки в детекторах, ученые видят « струи » множества нейтральных по цвету частиц ( мезонов и барионов ), сгруппированных вместе. Этот процесс называется адронизацией , фрагментацией или разрывом струны .

Фаза удержания обычно определяется поведением действия петли Вильсона , которая представляет собой просто путь в пространстве-времени, прослеживаемый парой кварк-антикварк, созданной в одной точке и аннигилирующей в другой точке. В теории без ограничений действие такой петли пропорционально ее периметру. Однако в ограничивающей теории действие петли пропорционально ее площади. Поскольку площадь пропорциональна расстоянию пары кварк-антикварк, свободные кварки подавляются. Мезоны в такой картине разрешены, поскольку петля, содержащая другую петлю с противоположной ориентацией, имеет лишь небольшую область между двумя петлями. При ненулевых температурах оператором порядка удержания являются тепловые версии петель Вильсона, известные как петли Полякова .

Шкала заключения

Масштаб конфайнмента или масштаб КХД — это масштаб, в котором пертурбативно определенная константа сильной связи расходится. Это известно как полюс Ландау . Таким образом, определение и значение шкалы ограничения зависят от используемой схемы перенормировки . Например, в схеме МС-планка и при 4-х петле выполнении при $\alpha _{s}$, среднее мировое значение для случая с 3 вкусами определяется выражением

$\Lambda _{\overline {MS}}^{(3)}=(332\pm 17)\,{\rm {{MeV}\,.}}$

Когда уравнение ренормгруппы решено точно, масштаб вообще не определен. Поэтому вместо этого принято указывать значение константы сильной связи в определенном эталонном масштабе.

Иногда полагают, что единственной причиной удержания является очень большая величина сильной связи вблизи полюса Ландау . Иногда это называют инфракрасным рабством (термин, выбранный в отличие от ультрафиолетовой свободы ). Однако это неверно, поскольку в КХД полюс Ландау нефизичен, о чем можно судить по тому, что ее положение на шкале конфайнмента во многом зависит от выбранной схемы перенормировки , т. е. от соглашения. Большинство данных указывают на умеренно большую связь, обычно имеющую значение 1–3. в зависимости от выбора схемы перенормировки. В отличие от простого, но ошибочного механизма инфракрасного рабства , большая связь является лишь одним из ингредиентов ограничения цвета, а второй состоит в том, что глюоны заряжены цветом ипоэтому может коллапсировать в глюонные трубки.

демонстрирующие ограничение

Помимо КХД в четырех измерениях пространства-времени, двумерная модель Швингера также демонстрирует конфайнмент. Компактные абелевы калибровочные теории также демонстрируют ограничение в 2-х и 3-х измерениях пространства-времени. Конфайнмент был обнаружен в элементарных возбуждениях магнитных систем, называемых спинонами .

Если бы нарушения электрослабой симметрии масштаб был снижен, ненарушенное взаимодействие SU(2) в конечном итоге стало бы ограничивающим. Альтернативные модели, в которых SU (2) становится ограничивающим выше этого масштаба, количественно аналогичны Стандартной модели при более низких энергиях, но резко отличаются от нарушений симметрии.

кварков

Помимо идеи удержания кварков, существует потенциальная возможность того, что цветовой заряд кварков полностью экранируется глюонным цветом, окружающим кварк. точные решения классической теории Янга–Миллса SU(3), обеспечивающие полное экранирование (глюонными полями) цветового заряда кварка. Найдены Однако такие классические решения не учитывают нетривиальные свойства вакуума КХД . Поэтому значение таких решений полного глюонного экранирования для отделившегося кварка неясно.

См. также

• Модель струны Лунда
• Тензор напряженности глюонного поля
• Асимптотическая свобода
• Центральный вихрь
• Модель двойного сверхпроводника
• Бета-функция (физика)
• Решётчатая калибровочная теория
• Существование Янга – Миллса и разрыв в массах