¿Cómo suprimen exactamente los quarks las fluctuaciones de gluones?
Tanto en este video de Veritasium como en esta respuesta se dice que los quarks suprimen las fluctuaciones de gluones, creando así un llamado 'tubo de flujo' que es lo que une a los gluones (como se explica tanto en el video vinculado como en la respuesta).
Me preguntaba exactamente cómo la existencia de un quark (o más bien, dos, ya que no pueden existir solos) suprime las fluctuaciones de gluones. ¿Existe alguna explicación para ello o es simplemente un hecho observable? Asumiría que es imposible observar cómo se origina la supresión de las fluctuaciones de gluones porque ya tiene que estar ahí para que exista el quark.
Entonces: ¿cómo o por qué los quarks suprimen las fluctuaciones de gluones?
Como solo estoy en la escuela secundaria / el equivalente alemán, preferiría una respuesta (parcialmente) no matemática, pero si es necesario, haré todo lo posible para comprender
Respuestas
Primero, una advertencia: la información en videos de ciencia pública como este a menudo es como un juego de teléfono: un investigador trató de explicar sus resultados a un comunicador científico en términos sencillos, y luego el comunicador intenta mejorar aún más las analogías para hacer que el video sea más intuitivo o atractivo. El producto final a menudo tiene una conexión tenue con el resultado original.
En el presente caso, la afirmación del video se basa en visualizaciones de resultados numéricos obtenidos en simulaciones numéricas de QCD (cromodinámica cuántica). Lo que se observa es que en el vacío de QCD hay grandes fluctuaciones de los campos de gluones. Cuando se agrega un par quark-anti-quark muy pesado, se observa la formación de un campo de gluones coherente que conecta el quark y el anti-quark, un "tubo de flujo" o "cadena de color". Los investigadores han medido cuidadosamente la energía por unidad de longitud de esta cuerda (llamada "tensión de la cuerda"). En unidades de física de partículas, es de aproximadamente 1 GeV / fm (giga electronvoltios por femto metro). Tenga en cuenta que la energía constante por longitud significa fuerza constante, y a menudo decimos a los profanos que la fuerza es de aproximadamente una tonelada.
No hay una comprensión analítica de este fenómeno (de hecho, un problema de QCD estrechamente relacionado, la brecha de masa, se incluye entre los problemas de Clay Millenium).
Existen algunos sistemas relacionados o análogos en los que se puede entender la formación del tubo de flujo.
El más famoso es un superconductor de tipo II. Los pares de electrones (que llevan carga eléctrica) se condensan y el fotón adquiere una "masa" (estrictamente, una longitud de pantalla finita) por el efecto Meissner-Higgs. Entonces se favorece energéticamente que un campo magnético externo se canalice en tubos de flujo estrechos. Dentro del tubo de flujo, el condensado desaparece y el fotón no se apantalla. Esto implica que si existieran cargas magnéticas (no las hay), dos monopolos magnéticos insertados en un superconductor de tipo II estarían conectados por un tubo de flujo.
Un modelo de lo que sucede en QCD (que se puede precisar en ciertos primos de QCD que no se realizan en la naturaleza) es que el vacío de QCD es un superconductor de tipo II en el que se invierte el papel de la carga eléctrica (color) y magnética (color). (a veces llamado superconductor "dual"). Los monopolos magnéticos de color compuestos se condensan y, como resultado, los objetos eléctricos de color (quarks) están conectados por tubos de flujo.
Finalmente, ¿en qué sentido los tubos de flujo suprimen las fluctuaciones del vacío? El video no es un poco claro aquí, pero creo que lo que significan es lo siguiente: las fluctuaciones de vacío ordinarias reducen la energía del estado fundamental del vacío QCD (un efecto Casimir QCD, o una "constante cosmológica" QCD; técnicamente, la anomalía del rastro QCD ). Dado que un tubo de flujo tiene energía positiva en relación con el estado fundamental de QCD, puedo pensar que ha eliminado (energía negativa) las fluctuaciones de vacío.
PD: Las animaciones en el video son de este sitio web y los documentos técnicos están aquí .