Cromodinamica quantistica: differenze tra le versioni

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*[[Collisione elettrone-positrone|collisione ''e''^-''e''⁺]] con la [[QCD perturbativa]]

*[[QCD su reticolo]]

= ULTERIORI INFORMAZIONI =

La Cromodinamica Quantistica, o QCD dal termine inglese “Quantum ChromoDynamics”, è la teoria che descrive una delle [[forze fondamentali]] e cioè la [[forza nucleare forte]]. Essa descrive l’interazione tra [[quark]] e [[gluoni]] e prende la forma di una [[teoria quantistica dei campi]] di un tipo speciale detta [[teoria di gauge non-abeliana]]. La QCD costituisce un’importante parte del [[modello standard]] delle particelle fisiche.

La QCD possiede due proprietà peculiari:

* '''[[Libertà asintotica]]''' che significa che nelle reazioni ad altissima energia, i quark e i gluoni interagiscono molto debolmente. Che la QCD predica questo comportamento è stato scoperto nei primi anni ’70 da David Politzer, Frank Wilczek e David Gross. Per questi studi hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2004. Una gran parte dell’evidenza sperimentale della QCD è stata dimostrata nel corso degli anni.

* '''[[Confinamento]]''', che significa che le forze tra i quark non diminuiscono quando vengono allontanati. A causa di questo comportamento ci vorrebbe un’energia infinita per separare due quark; essi sono per sempre confinati all’interno degli adroni come il protone ed il neutrone. Sebbene non vi siano prove analitiche, il sconfinamento viene largamente ritenuto valido perché esso spiega il costante fallimento delle ricerche di quark liberi ed inoltre è facilmente dimostrato nella QCD su reticolo (in inglese: lattice QCD).

== Terminologia ==

Il termine quark è stato coniato da Murray Gell-Mann ispirato dalla frase “Three quarks for Muster Mark” che si trova nel romanzo Finnegan’s Wake di James Joyce.

I tre tipi di carica nella QCD (al contrario di quelli nella QED o [[elettrodinamica quantistica]]) vengono comunemente denominati [[carica di colore]]; i tre colori sono il rosso, il verde ed il blu e non hanno nulla a che vedere con i colori percepiti dall’occhio umano; si tratta semplicemente di una terminologia di fantasia dato che in qualche modo bisognava pur chiamare questo tipo di “carica”. Dal momento che la teoria della carica elettrica ha preso il nome di “elettrodinamica”, il termine greco “croma” (Χρώμα cioè colore) è stato applicato alla teoria della carica di colore cioè “cromodinamica”.

== Cenni Storici ==

Con l’invenzione della [[camera a bolle]] e della [[camera a scintillazione]] negli anni ’50, fu scoperto un numero sempre maggiore di particelle fisiche sperimentali denominate [[adroni]]. Apparve subito chiaro che un così elevato numero di particelle non potevano essere tutte [[fondamentali]]. Le particelle, in primo luogo, furono classificate in base alla carica ed all’[[isospin]] (o spin isotopico o spin isobarico) che è una quantità fisica matematicamente analoga allo spin ed introdotta da Werner Heisemberg; successivamente, nel 1953, furono classificate in base alla [[carica di stranezza]] (che è un numero quantico necessario per descrivere la breve vita di certe particelle subatomiche) proposta da [[Murray Gell-Mann]] e [[Kazuhiko Nishijima]]. Per capire meglio tutta la questione, gli adroni furono classificati in gruppi aventi simili proprietà e massa usando la cosiddetta “Eightfold way” ([[la via dell’ottetto]]) introdotta nel 1961 da Gell-Mann e [[Yuval Ne’eman]], una teoria che organizza i [[barioni]] ed in [[mesoni]] in forma di ottetti. Gell-Mann e [[Gorge Zweig]] proposero nel 1963 che la struttura dei gruppi potesse essere spiegata dall’esistenza di tre [[sapori]] delle particelle più piccole che si trovano all’interno degli adroni: i quark.

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 sembra violare il [[principio di esclisione di Pauli]]. Nel 1965 [[Moo-Young Han]] e [[Yoichiro Nambu]] risolsero il problema porponendo 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]] (perché erano parte degli adroni). [[James Bjorken]] propose che certe relazioni potessero persistere nello [[scattering profondamente anelastico]] (diffusione profondamente anelastica) di [[elettroni]] e [[protoni]], cosa che fu dimostrata con spettacolarità in esperimenti condotti nel 1969 presso lo [[SLAC]] (Stanford Linear Accelerator Center).

Sebbene lo studio dell’interazione forte rimanga a tutt’oggi non del tutto chiara, la scoperta della libertà asintotica (proprietà di alcune [[teorie di gauge]] secondo cui le interazioni tra alcune particelle, ad esempio i quark, diventano arbitrariamente deboli a distanza molto basse) ad opera di [[David Gross]], [[David Politzer]] e [[Frank Wilczek]] ha permesso di effettuare previsione precise riguardo i risultati di molti esperimenti ad alte energie utilizzando le tecniche della [[teoria perturbativa]] della [[meccanica quantistica]]. L’esistenza dei [[gluoni]] è stata fatta nel 1979 durante esperimenti con l’acceleratore [[HERA]] di Amburgo (Germania). Questi esperimenti sono divenuti sempre più precisi culminando nella conferma della [[QCD perturbativa]] ad un livello di errore di pochi punti percentuali per opera del [[LEP]] (Large Electron-Positron collider) del [[CERN]] di Ginevra.

All’estremo opposto della libertà asintotica vi è il [[confinamento]]”. Poiché la forza tra le [[cariche di colore]] non diminuisce con la distanza, si ritiene che i quark ed i gluoni non possano mai essere separati dagli adroni. Questo postulato della teoria è stato verificato per mezzo di calcoli della [[QCD su reticolo]], ma non è stato matematicamente provato. Uno dei ''Millenium Prizes'' annunciato dal ''Clay Mathematics Institute'' richiede al candidato di produrre questa prova. Altri aspetti dell [[QCD non-perturbativa]] sono l’esplorazione di fasi della materia dei quark ([[quark matter]]), incluso il [[plasma quark-gluoni]].

............ to be continued.

[[Categoria:Meccanica quantistica|Cromodinamica quantistica]]