Τετάρτη, 8 Μαρτίου 2017

THE DARK SIDE OF THE UNIVERSE: Quantum Chromodynamics - QCD

THE DARK SIDE OF THE UNIVERSE: Quantum Chromodynamics - QCD




Κβαντική Χρωμοδυναμική

Παρ' όλο που η Κβαντική Χρωμοδυναμική αναπτύχθηκε πάνω στις ίδιες αρχές με την Κβαντική
Ηλεκτροδυναμική, ωστόσο είναι μια αρκετά περίπλοκη θεωρία. Κύρια πηγή της
πολυπλοκότητας αυτής είναι η πολλαπλότητα των έγχρωμων φορτίων.
Αυτό που ονομάζεται χρώμα του κουάρκ φαίνεται να είναι μια μορφή φορτίου, γι'αυτό και
λέγεται φορτίο χρώματος. Η ονομασία αυτή δεν είναι αυθαίρετη. Έχει αποδειχθεί
ότι το φορτίο χρώματος είναι υπεύθυνο στη δημιουργία των ισχυρών
αλληλεπιδράσεων, όπως τα ηλεκτρικά φορτία είναι υπεύθυνα για τις ηλεκτρικές
δυνάμεις.

Αλλά με ορισμένες διαφορές. Ενώ τα ηλεκτρικά φορτία είναι είτε θετικά είτε αρνητικά,
τα φορτία χρώματος έχουν τρία είδη φορτία χρώματος.
Ακριβώς όπως στον Ηλεκτρισμό τα ομώνυμα φορτία απωθούνται, έτσι απωθούνται και τα όμοια
φορτία χρώματος. Αλλά για τις έλξεις οι κανόνες είναι πιο σύνθετοι. Έλκονται
όχι μόνο αντίθετα χρώματα, αλλά μπορούν να έλκονται, κάτω από ορισμένες
συνθήκες, και ανόμοια φορτία χρώματος όπως π.χ. κόκκινα και κυανά κουάρκ. Σ'
αυτό παίζει ρόλο η κβαντική κατάσταση των δυο έγχρωμων κουάρκ.  Επίσης
τα φορτία χρώματος, όπως και τα ηλεκτρικά, είναι προσθετικά. Για παράδειγμα
το κόκκινο, το μπλε και το πράσινο μπορούν να συνδυαστούν.






















Σύμφωνα με την QCD, η ισχυρή δύναμη δεν δρα μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων (δεν 'βλέπει' τα
φορτία) αλλά μεταξύ φορτίων χρώματος. Επίσης στην QCD το μέτρο της δύναμης
που αναπτύσσεται μεταξύ δυο σωματίων είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων
χρώματος. Σωμάτια που δεν έχουν φορτίο χρώματος, δεν επηρεάζονται από την
ισχυρή αλληλεπίδραση.  
Αλλά και ο μηχανισμός με τον οποίο μεταβιβάζεται η ισχυρή δύναμη θεωρείται ότι είναι
ανάλογος του μηχανισμού που λειτουργεί στον Ηλεκτρομαγνητισμό: η
αλληλεπίδραση μεταξύ δύο ηλεκτρικά φορτισμένων σωματίων περιγράφεται με την
ανταλλαγή ενός τρίτου σωματίου. Ενώ όμως στην Κβαντική Ηλεκτροδυναμική
υπάρχει ένα μόνο τέτοιο σωμάτιο, το φωτόνιο, στην Κβαντική Χρωμοδυναμική
υπάρχουν οκτώ άμαζα γκλουόνια, μεταφέρουν όμως κι' αυτά φορτίο χρώματος, κάτι
που δεν συμβαίνει με το φωτόνιο (να μεταφέρει ηλεκτρικό φορτίο).
Αφού τα γκλουόνια μεταφέρουν φορτίο χρώματος μπορούν όχι μόνο να μεταδώσουν την
ισχυρή δύναμη αλλά μπορούν επίσης να αλλάξουν το χρώμα των κουάρκ, ενώ η
εκπομπή ή απορρόφηση των φωτονίων ποτέ δεν μπορεί να αλλάξει το ηλεκτρικό
φορτίο των σωματίων.


Χρειάζονται 8 ειδών γκλουόνια για τη σωστή περιγραφή της QCD. Τα έξι από αυτά φτιάχνονται
από ένα χρώμα και ένα αντι-χρώμα (όχι όμως του αντίστοιχου χρώματος). Τα άλλα
δύο φτιάχνονται με κατάλληλους συνδυασμούς όλων των χρωμάτων και
αντι-χρωμάτων, τους οποίους ορίζει επακριβώς το μαθηματικό υπόβαθρο.
Το χρώμα των κουάρκ δεν μένει σταθερό, όπως η γεύση τους (up, down κλπ). Τα κουάρκ
αλλάζουν συνεχώς το χρώμα τους καθώς ανταλλάσσουν γκλουόνια με άλλα κουάρκ.
 Για παράδειγμα, ένα κόκκινο κουάρκ μπορεί να μεταπέσει σ' ένα κόκκινο κουάρκ (ταυτοτικός μετασχηματισμός) 

ή σ’ ένα πράσινο κουάρκ ή σ' ένα κυανό κουάρκ.



















Το τελικό αποτέλεσμα της ενδιάμεσης ανταλλαγής όλων αυτών των γκλουονίων, μεταξύ των
κουάρκ,  είναι να παράγεται μια δύναμη που τείνει να συγκρατεί μαζί τα
κουάρκ σ' ένα σύστημα που είναι ουδέτερο από άποψη χρώματος, δηλαδή κουάρκ
και γκλουόνια είναι μόνιμα περιορισμένα μέσα στα αδρόνια.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου