In che modo esattamente i quark sopprimono le fluttuazioni dei gluoni?
Sia in questo video Veritasium che in questa risposta si dice che i Quark sopprimono le fluttuazioni dei gluoni, creando così un cosiddetto "tubo di flusso" che è ciò che lega insieme i gluoni (come spiegato sia nel video collegato che nella risposta).
Mi chiedevo esattamente come l'esistenza di un quark (o meglio, due, poiché non possono esistere da soli) sopprime le fluttuazioni dei gluoni. C'è qualche spiegazione o è semplicemente un fatto osservabile? Presumo che sia impossibile osservare come si origina la soppressione delle fluttuazioni del gluone perché deve già essere lì perché il quark esista.
Quindi: come o perché i quark sopprimono le fluttuazioni del gluone?
Dato che sono solo al liceo / l'equivalente tedesco, preferirei una risposta (parzialmente) non matematica, ma se necessario, farò del mio meglio per capire
Risposte
Prima una parola di cautela: l'informazione nei video di scienza pubblica come questo è spesso come un gioco di telefono: un ricercatore ha cercato di spiegare i suoi risultati a un comunicatore scientifico in termini laici, e poi il comunicatore cerca di migliorare ulteriormente le analogie per rendere il video più intuitivo o accattivante. Il prodotto finale ha spesso un tenue legame con il risultato originale.
Nel presente caso l'affermazione nel video si basa su visualizzazioni di risultati numerici ottenuti in simulazioni numeriche di QCD (quantum chromo dynamics). Ciò che si osserva è che nel vuoto QCD ci sono grandi fluttuazioni dei campi gluonici. Quando si aggiunge una coppia quark-anti-quark molto pesante, si osserva la formazione di un campo gluonico coerente che collega il quark e l'anti-quark, un "tubo di flusso" o "stringa di colore". I ricercatori hanno misurato attentamente l'energia per unità di lunghezza di questa corda (chiamata "tensione della corda"). Nelle unità di fisica delle particelle è di circa 1 GeV / fm (giga elettronvolt per femto metro). Nota che energia costante per lunghezza significa forza costante, e spesso diciamo ai profani che la forza è di circa una tonnellata.
Non c'è una comprensione analitica di questo fenomeno (anzi, un problema di QCD strettamente correlato, il gap di massa, è incluso tra i problemi di Clay Millenium).
Esistono alcuni sistemi correlati o analoghi in cui è possibile comprendere la formazione del tubo di flusso.
Il più famoso è un superconduttore di tipo II. Le coppie di elettroni (che trasportano carica elettrica) si condensano e il fotone acquisisce una "massa" (rigorosamente, una lunghezza di schermatura finita) per effetto di Meissner-Higgs. È quindi energeticamente favorito che un campo magnetico esterno venga incanalato in tubi di flusso stretti. All'interno del tubo del flusso la condensa svanisce e il fotone non è schermato. Ciò implica che se le cariche magnetiche esistessero (non lo sono), due monopoli magnetici inseriti in un superconduttore di tipo II sarebbero collegati da un tubo di flusso.
Un modello di ciò che accade in QCD (che può essere precisato in alcuni cugini di QCD non realizzato in natura) è che il vuoto QCD è un superconduttore di tipo II in cui il ruolo della carica elettrica (colore) e magnetica (colore) è invertito (a volte chiamato un superconduttore "doppio"). I monopoli magnetici di colore composito vengono condensati e di conseguenza gli oggetti elettrici di colore (quark) sono collegati da tubi di flusso.
Infine, in che senso i tubi di flusso sopprimono le fluttuazioni del vuoto? Il video è un po 'poco chiaro qui, ma penso che il loro significato sia il seguente: Le fluttuazioni del vuoto ordinarie abbassano l'energia dello stato fondamentale del vuoto QCD (un effetto Casimir QCD, o una "costante cosmologica" QCD; tecnicamente, l'anomalia della traccia QCD ). Poiché un tubo di flusso ha un'energia positiva rispetto allo stato fondamentale della QCD, posso pensare che abbia rimosso le fluttuazioni del vuoto (energia negativa).
PS: Le animazioni nel video provengono da questo sito Web e i documenti tecnici sono qui .