Cromodinamica quantistica: differenze tra le versioni
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La '''cromodinamica quantistica''', in breve '''QCD''' (acronimo dell'[[Lingua inglese|inglese]] ''quantum chromodynamics''), è la [[Fisica teorica|teoria fisica]] che descrive l'[[interazione forte]].
Componente del [[Modello
È prevalentemente una [[Teoria perturbativa|teoria non-perturbativa]], a causa di effetti come il [[Confinamento dei quark|confinamento]], i [[condensato fermionico|condensati fermionici]] e gli [[istantone|istantoni]] (ad alte energie gli effetti non perturbativi diminuiscono e la QCD può essere trattata come l'elettrodinamica quantistica, sebbene gli aspetti più importanti per la fisica moderna siano quelli a basse energie). La sua elaborazione, iniziata negli [[anni 1950|anni cinquanta]] del [[XX secolo|Novecento]], è stata completata nella sua forma attuale nei primi [[Anni 1970|anni settanta]], per la maggior parte attraverso [[QCD su reticolo|modelli reticolari tridimensionali]] e [[Simulazione (informatica)|simulazione al computer]].
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Successivamente, nel [[1953]], fu necessario introdurre un ulteriore numero quantico, la [[stranezza]], proposto da [[Murray Gell-Mann]] e [[Kazuhiko Nishijima]] in particolare per spiegare la vita media abnormalmente lunga di alcune particelle. Gell-Mann e [[Yuval Ne'eman]] fecero l'ulteriore ipotesi che la stranezza e l'isospin si potessero combinare in un gruppo di simmetria più grande. Questa ipotesi fu battezzata "Eightfold way" (la ottuplice via) perché questo [[gruppo di simmetria]], detto [[SU(3)]], ha otto [[generatori]] indipendenti. Essa comporta in particolare che gli adroni formino [[multipletti]], ossia gruppi aventi proprietà correlate e massa simile. Gell-Mann e [[George Zweig]] proposero nel 1963 che questa struttura fosse dovuta al fatto che gli adroni sono formati combinando tre costituenti più fondamentali, chiamati [[Quark (particella)|quark]] da Gell-Mann e ''ace'' da Zweig, ciascuno dei quali si trasforma secondo la [[rappresentazione fondamentale]] del gruppo SU(3).
A questo punto una particella, la Δ++, rimaneva misteriosa; nel modello a quark essa risulta composta da tre [[quark up]] con spin paralleli. Comunque, poiché i quark sono [[fermioni]], questa combinazione sembrava violare il [[principio di esclusione di Pauli]]. Nel 1965 [[Moo-Young Han]] e [[Yōichirō Nambu]] risolsero il problema proponendo che i quark possedessero un grado di libertà di gauge [[SU(3)]] aggiuntivo, in seguito chiamata [[carica di colore]]. Essi notarono che i quark possono interagire per via di un ottetto di bosoni vettori di gauge: i [[gluoni]].
Poiché la ricerca di quark liberi era costantemente fallita, si pensò che i quark fossero semplicemente dei costrutti matematici inventati ad hoc e non delle particelle realmente esistenti. [[Richard Feynman]] argomentò che esperimenti ad alta energia mostravano che i quark erano reali: egli li chiamò ''partoni'', in quanto ''parte'' degli adroni. [[James Bjorken]] propose che certe relazioni potessero persistere nello [[Scattering anelastico profondo|scattering profondamente anelastico]] (diffusione profondamente anelastica) di [[elettrone|elettroni]] e [[protoni]], cosa che fu dimostrata con spettacolarità in esperimenti condotti nel 1969 presso lo [[SLAC]] (Stanford Linear Accelerator Center).
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=== Terminologia ===
Il termine quark è stato coniato da Murray Gell-Mann ispirato dalla frase "Three quarks for Muster Mark" che si trova nel romanzo ''Finnegans Wake'' di James Joyce.
=== Alcune definizioni ===
Ogni aspetto teorico della [[fisica delle particelle]] è basato su certe ''simmetrie'' della natura la cui esistenza è dedotta dalle osservazioni sperimentali. Le simmetrie possono essere:
* '''Simmetria locale''', un tipo di simmetria che agisce indipendentemente in ogni punto dello [[spazio-tempo]]. Tutte le simmetrie di questo tipo si basano sulle [[teoria di gauge|teorie di gauge]] e richiedono l'introduzione di un proprio [[bosone di gauge]].
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=== I campi ===
I quark sono [[fermioni]] aventi massa e spin 1/2 che trasportano una carica di colore la cui misurazione è il contenuto della QCD. I quark sono rappresentati dai [[campo di Dirac|campi di Dirac]] nella rappresentazione fondamentale 3 del gruppo di gauge SU(3). Essi sono anche dotati di una carica elettrica (-1/3 o 2/3) e partecipano all'interazione debole come parte di un doppio isospin. Essi possiedono numeri quantici che includono il [[numero barionico]] (che è 1/3 per ogni quark), l'[[ipercarica]] ed uno dei numeri quantici di [[sapore (fisica)|sapore]].
I [[gluoni]] sono [[bosone (fisica)|bosoni]] con spin 1 ed anch'essi sono [[Portatore di carica|portatori di carica]] di colore cosicché si posizionano nella rappresentazione aggregata 8 del SU(3). Non possiedono carica elettrica, non partecipano ai processi di [[interazione debole]] e non hanno sapore. Si posizionano nella rappresentazione singola 1 di tutti questi gruppi simmetrici.
Ogni quark ha il suo anti-quark. La carica di ogni anti-quark è esattamente l'opposto della carica del corrispondente quark.
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La Lagrangiana della QCD, considerata senza colore, sapore e spin, assomiglia molto a quella dell'elettrodinamica quantistica:
:<math>L = -\frac{1}{4} F_{\mu\nu} F^{\mu\nu} + \overline{\psi}(i\gamma_\mu D^\mu - m)\psi</math>
dove '''F''' rappresenta il [[tensore]] del campo del gluone, ''ψ'' il campo del quark e '''D''' la derivativa covariante. Parte di questo contenuto entra nelle [[Richard Feynman|regole di Feynman]] che dice che tutti i processi che si svolgono all'interno della teoria possono essere ricondotti ai vertici, ossia alle interazioni elementari ''qqg'', ''ggg'' e ''gggg''. In parole povere, un quark può emettere ed assorbire un gluone, un gluone può emettere ed assorbire un altro gluone e due o più gluoni possono interagire direttamente tra loro, formando una [[glueball]]. Nella QED, invece, può verificarsi soltanto il primo tipo di vertice, dal momento che i fotoni non hanno carica.
== Applicazioni ==
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=== Teorie efficaci ===
La QCD descrive una varietà di fenomeni
Tra le teorie efficaci più usate si possono considerare la [[teoria delle perturbazioni chirale]], dove le particelle fondamentali sono gli [[adroni]], stati legati di quark come i [[Pione|pioni]], e le masse dei quark sono considerate trascurabili, la HQET, '''Heavy Quark Effective Theory''' (teoria effettiva dei quark pesanti), in cui la massa del quark più pesante coinvolto nel processo (solitamente il [[Quark top|top]] o il [[Quark bottom|bottom]]) si considera quasi infinita e la [[Soft Collinear Effective Theory|SCET]] (teoria effettiva delle particelle collineari o poco energetiche), che descrive l'emissione soffice e collineare di particelle molto energetiche ed è oggi ampiamente utilizzata per il calcolo di processi ad [[Large Hadron Collider|LHC]].<ref>{{Cita web|url=http://web.mit.edu/physics/research/npt/areas.html#sm|titolo=THE STANDARD MODEL AND BEYOND|accesso=2019-09-14|dataarchivio=4 giugno 2016|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160604222716/http://web.mit.edu/physics/research/npt/areas.html#sm|urlmorto=sì}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://theory.lbl.gov/~cwbauer/Homepage/Research.html|titolo=Research|accesso=2019-09-14|urlmorto=sì}}</ref>
=== Test sperimentali ===
Il concetto di [[sapore (fisica)|sapore]] dei quark è stato introdotto per spiegare le proprietà degli [[adrone|adroni]] durante lo sviluppo del modello a quark. Il concetto di [[colore]] si è reso necessario a causa della varietà di Δ++. Questo è già stato considerato nella sezione '''Storia''' del presente capitolo. La prima conferma che i quark sono reali elementi costitutivi degli adroni è stata ottenuta in esperimenti presso lo [[SLAC]]. La prima conferma dell'esistenza dei gluoni è stata ottenuta con l'acceleratore [[Hadron Elektron Ring Anlage|HERA]] di Amburgo. Sono in corso ottimi test quantitativi per dimostrare ulteriormente la teoria perturbativa della QCD, come ad esempio la produzione di bosoni vettori, la produzione di quark pesanti, lo scattering profondamente anelastico, ecc..
I test dimostrativi della teoria non-perturbativa della QCD sono inferiori di numero perché le predizioni sono molto difficili da ottenere. Il migliore di questi è probabilmente il test dell'accoppiamento della QCD come provato mediante il computo del reticolo degli [[Quarkonium|spettri del quarkonium pesante]]. Vi sono dati recenti riguardanti la massa del mesone pesante B<sub>c</sub>.<ref>{{Cita web|url=
== Note ==
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