Cromodinámica cuántica 1

Cromodinámica cuántica

Ejemplo de estructura de color de un neutrón.Puede observarse la composición de quarks y la

carga de color que adopta.

La cromodinámica cuántica (QCD) es una teoría cuántica de camposque describe una de las fuerzas fundamentales, la interacción fuerte.Fue propuesta a comienzos de los años 70 por David Politzer y porFrank Wilczek y David Gross como teoría para entender la estructurade los bariones (colectivos de tres quarks, como protones y neutrones)y mesones (pares quark-antiquark, como los piones). Por su trabajo encromodinámica cuántica, a Gross, Wilczek, y Politzer les fueconcedido el Premio Nobel de Física del año 2004.

El nombre «cromodinámica» viene de la palabra griega chromos'color'. Este nombre es oportuno ya que a la carga de los quarks,partículas básicas dentro de esta teoría, se designa como carga decolor; aunque no está relacionada con la percepción visual del color.La cromodinámica cuántica es una parte muy importante del modeloestándar de la física de partículas.

Descripción

La cromodinámica cuántica es una teoría de gauge que describe la interacción entre quarks y gluones. Los quarksson los fermiones de esta teoría y desempeñan un papel análogo a los electrones y neutrinos del modelo electrodébil,los gluones son los bosones de gauge de la teoría, y desempeñan un papel análogo a los fotones en la QED.

Según esta teoría, el carácter de la interacción fuerte está determinado por una simetría especial entre las cargas decolor de los quarks. Se conoce a esta simetría como el grupo de gauge SU(3) y los quarks se transforman bajo estegrupo como tripletes SU(3) de campos fermiónicos de Dirac. Aunque las expansiones perturbativas eran importantespara el desarrollo de la QCD, esta también predice muchos efectos no perturbativos tales como confinamiento,condensados fermiónicos e instantones.Un enfoque particular a la QCD, a saber los modelos de red, ha permitido a los investigadores obtener algunosresultados y cantidades teóricas que eran previamente incalculables.

Características

Libertad asintóticaUna de las propiedades básicas de la teoría es la libertad asintótica: a cortas distancias, las partículas cargadas sonprácticamente libres. Sin embargo, cuando las distancia entre ellas aumenta, la interacción que las mantiene juntastambién aumenta. Esto contrasta fuertemente con el carácter de otras interacciones como la electromagnética y lagravitatoria, que disminuyen con la distancia.Este comportamiento anómalo de la cromodinámica cuántica se debe a que los mediadores de la interacción (losgluones), son capaces de interactuar entre ellos. Esto contrasta con la interacción electromagnética cuyosmediadores, los fotones, no interactúan entre ellos.

Cromodinámica cuántica 2

Conservación de la carga de colorEl lagrangiano de la cromodinámica cuántica posee una simetría SU(3)c en la parte dependiente de los camposleptónicos. Eso implica por el teorema de Noether que existen magnitudes conservadas asociada a esa simetría. Lamagnitud conservada es lo que llamamos "color". Las tres variedades de color se designan normalmente como R(red), B (blue) y G (green) (aunque estos nombres no tienen nada que ver con el color visual, que es un fenómenoelectromagnético asociado a diferentes longitudes de onda).

Confinamiento de la carga de colorEl confinamiento de la carga de color se produce por el hecho de que los gluones a su vez pueden interaccionar entreellos según su carga de color. Esto contrasta con la situación de los fotones del campo electromagnético que comoestán desprovistos de carga no interaccionan entre ellos. Esa diferencia crucial hace que la interacciónelectromagnética tenga un alcance potencialmente infinito frente al muy corto alcance de la interacción fuerte.

LagrangianoEl lagrangiano de la teoría es invariante lorentz e invariante bajo transformaciones de fase locales del grupo SU(3)(por la carga de color) y tiene la siguiente forma:

Ecuación del campo gluónicoEl campo gluónico está formado por ocho tipo de gluones (ya que el SU(3) tiene dimensión 8). Cada uno de estosocho tipo de gluones viene dada por un tensor de campo gluónico similar formalmente al tensor de campoelectromagnético. En total el campo gluónico tiene 128 componentes escalares (8 tipos de gluón, con 16componentes cada campo glutónico. Para cada campo gluónico las nueve componentes asociadas se definenmediante:

(1)

Al igual que sucede con el campo electromagnético y otros campos gauge estas componentes son expresables entérminos de un número mucho más limitado de potenciales cuadrivectoriales, se requieren ocho potenciales:

componentes de los ocho potenciales vectores., índices que van de 1 a 8 para indicar el tipo de gluón.

, índices espacio-temporales que van de 0 a 3, 0 para la coordanada temporal, 1, 2, 3 para las trescomponentes espaciales.

derivada parcial respecto a la coordenada μ-ésima.constantes de estructura del álgebra de Lie de SU(3).

constante de acoplamiento para el campo de color.Las componentes del campo satisfacen la siguiente ecuación de campo:

(2)

Donde:

es el campo gluónico combinado para todos los tipos de gluones.

Cromodinámica cuántica 3

es la suma de potenciales vecotriales para todos los tipos de gluón.

es la densidad de carga de color para los diferentes tipos de cargas.

, es una base vectorial normalizada de elementos del álgebra de Lie su(3).

, es el paréntesis del álgebra de Lie anterior.Obsérvese que sin el segundo término del primer miembro esta ecuación (2) formalmente sería idéntica con lasecuaciones de Maxwell, excepto por le hecho de que la definición del campo gluónico es algo diferente. Lostérminos que depende explícitamente de los potenciales vectoriales son los responsables de la interacción de losgluones entre sí (los fotones del campo electromagnético en cambio no interactúan entre sí) y lo que en definitivahace de las fuerzas nucleares fuertes fuerzas de corto alcance que difieren notablemente de las fuerzas electrodébilesy electromagnéticas.

Cromodinámica Cuántica en el RetículoEs una formulación de la Cromodinámica Cuántica en un espacio-tiempo discretizado. Fue propuesta por KenethWilson en 1974 como una alternativa que permite usar el computador para simular la teoría en los casos donde lateoría de perturbaciones falla.

Referencias

Fuentes y contribuyentes del artículo 4

Fuentes y contribuyentes del artículoCromodinámica cuántica  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=70246184  Contribuyentes: Alvaro qc, Axel H, Davius, DefLog, Gaijin, Jcleonl, Jorge c2010, Joseaperez, JulianMendez, Kismalac, Peregring-lk, Srbanana, Wricardoh, Xuankar, 15 ediciones anónimas

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentesArchivo:Quark structure neutron.svg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Quark_structure_neutron.svg  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5 Contribuyentes: User:Harp

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