liberdade asintótica - Wikilingue - Encydia
Em física de partículas, a liberdade asintótica é a propriedade de algumas teorias de gauge nas quais algumas partículas, como os quarks, têm interacções que se debilitam progressivamente a distâncias menores, isto é, a escalas de longitude que convergen asintóticamente a zero (ou, equivalentemente, a escalas de energia que chegam a ser arbitrariamente grandes).
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Descoberta
O facto de que a liberdade asintótica é uma propriedade da cromodinámica cuántica (QCD), a teoria cuántica de campos das interacções de quarks e de gluones , foi descoberto por David Gross, Frank Wilczek, e David Politzer em 1973, motivo pelo que lhes foi outorgado o Prêmio Nobel de Física no ano 2004.
A liberdade asintótica implica que em dispersiones de grande energia os quarks se movem dentro dos hadrones, tais como o neutrón e o protón, essencialmente como partículas livres, que não interactúan, e permite que os físicos calculem as secções transversais de vários acontecimentos em física de partículas usando confiavelmente técnicas de partón .
A descoberta também tem ajudado a rehabilitar a reputação da teoria cuántica de campos (QFT) como descrição coerente das interacções das partículas. Dantes de 1973, muitos teóricos suspeitaram que QFT se fazia fundamentalmente incoerente pelo pólo de Landau de curta distância que surge em electrodinámica cuántica e algumas outras teorias de campos. As teorias com liberdade asintótica, no entanto, carecem deste pólo de Landau. A descoberta da liberdade asintótica foi, portanto, um passo finque no aparecimento de um modelo regular da física de partículas baseado na teoria cuántica de campos.
O apantallamiento e o antiapantallamiento
A variação em um acoplamento físico constante baixo mudanças de escala pode entender-se qualitativamente como provenientes da acção do campo sobre partículas virtuais que portam o ónus relevante. O comportamento do pólo de Landau de QED é uma consequência do apantallamiento por pares carregados virtuais partícula-antipartícula, tais como pares elétron-positrón, no vazio. Na vecindad de um ónus, o vazio se polariza: partículas virtuais de ónus oposta são atraídas ao ónus, e partículas virtuais de ónus semelhante são recusadas. O efeito neto é cancelar parcialmente o campo a qualquer distância finita. Acercando-se a cada vez mais ao ónus central, vê-se menos e menos o efeito do vazio, e aumenta o ónus eficaz.
Em QCD, a mesma coisa sucede com pares virtuais quark-antiquark; tendem a apantallar o ónus de cor. No entanto em QCD há um facto adicional: as partículas que levam a força, os gluones, têm assim mesmo carrega de cor. Em linha geral, a cada gluon leva um ónus da cor e um ónus de anti-cor (de uma cor diferente). O efeito neto da polarización de gluones virtuais no vazio não é apantallar o campo, senão o aumentar e afectar sua cor. Isto se chama às vezes antiapantallamiento. Acercar-se a um quark diminui o efeito antiapantallamiento dos gluones virtuais circundantes, de modo que a contribuição deste efeito seria debilitar o ónus eficaz com uma diminuição de distância.
Já que os quarks virtuais e os gluones virtuais contribuem com efeitos opostos, que efeitos prevalecem depende do número de diversas classes, ou dos sabores, de quarks. Para a QCD regular com três cores, dado que não há não mais de 16 sabores de quark (não contando os antiquarks por separado), o antiapantallamiento prevalece e a teoria é asintóticamente livre. De facto, há somente 6 sabores conhecidos de quark.
Calculando a liberdade asintótica
A liberdade asintótica pode ser derivada calculando a função-beta que descreve a variação da constante de acoplamento da teoria baixo o grupo de renormalización. Para as distâncias suficientemente curtas ou os intercâmbios grandes por enquanto (que sondean o comportamento de curta distância, devido à relação inversa entre o momento cuántico e a longitude de onda), a teoria asintóticamente livre é acessível aos cálculos da teoria de perturbaciones usando diagramas de Feynman. Tais situações são portanto mais manejables teoricamente que o comportamento de longa distância, de acoplamento forte também com frequência presente a tais teorias, que se pensa produzem o confinamiento.
Calcular a função-beta é questão de avaliar os diagramas de Feynman que contribuem à interacção de um quark que emite ou que absorve um gluon. Em teorias não-abelianas de gauge tais como QCD, a existência de liberdade asintótica depende do grupo de gauge e do número de sabores de partículas que fazem reciprocamente. Na primeira ordem não trivial, a função-beta em uma teoria de gauge de SUA(N) com n f classes de partículas tipo quark são
onde 
é o equivalente na teoria da constante de estrutura fina, 
nas unidades preferidas pelos físicos de partículas. Se esta função é negativa, a teoria é asintóticamente livre. Para SEU(3), o grupo de gauge do ónus de cor de QCD, a teoria é portanto asintóticamente livre se há 16 ou menos sabores de quarks.
Enlaces externos
- Twenty-five years of asymptotic freedom (por David Gross) (Prêmio Nobel 2004 por esta descoberta)
