クォークはグルーオンの変動をどの程度正確に抑制しますか?
このVeritasiumビデオとこの回答の両方で、クォークはグルーオンの変動を抑制し、グルーオンを結合するいわゆる「フラックスチューブ」を作成すると言われています(リンクされたビデオと回答の両方で説明されています)。
クォークの存在(単独では存在できないので、2つ)がグルーオンの変動をどのように抑制するのか、正確に疑問に思いました。それについて何か説明はありますか、それとも単に観察可能な事実ですか?クォークが存在するためにはすでにグルーオンが存在している必要があるため、グルーオンの変動の抑制がどのように発生するかを観察することは不可能だと思います。
だから:クォークはどのようにまたはなぜグルーオンの変動を抑制するのですか?
私は高校生/ドイツ語に相当する人しかいないので、(部分的に)数学以外の答えを好みますが、これが必要な場合は、理解するために最善を尽くします
回答
最初の注意点:このような公開科学ビデオの情報は、電話のゲームのようなものです。研究者が自分の結果を科学コミュニケーターに一般的な言葉で説明しようとした後、コミュニケーターは類推をさらに改善しようとします。ビデオをより直感的または魅力的にするため。最終製品は、多くの場合、元の結果との関連性が希薄です。
この場合、ビデオのステートメントは、QCD(量子色力学)の数値シミュレーションで得られた数値結果の視覚化に基づいています。観察されているのは、QCD真空ではグルーオン場の大きな変動があるということです。非常に重いクォークと反クォークのペアが追加されると、クォークと反クォークをつなぐコヒーレントなグルーオン場、「フラックスチューブ」または「カラーストリング」の形成が観察されます。研究者は、この弦の単位長さあたりのエネルギー(「弦の張力」と呼ばれる)を注意深く測定しました。素粒子物理学の単位では、約1 GeV / fm(フェムトメートルあたりのギガ電子ボルト)です。長さあたりの一定のエネルギーは一定の力を意味し、力は約1トンであると素人によく言われることに注意してください。
この現象の分析的理解はありません(実際、密接に関連するQCD問題である質量ギャップはクレイミレニアム問題に含まれています)。
フラックスチューブの形成を理解できる関連または類似のシステムがいくつかあります。
最も有名なのは第二種超伝導体です。電子対(電荷を運ぶ)は凝縮し、光子はMeissner-Higgs効果によって「質量」(厳密には有限のスクリーニング長)を獲得します。次に、外部磁場が細い磁束管に送られることがエネルギー的に有利になります。フラックスチューブ内で凝縮液が消え、光子は遮蔽されません。これは、磁気電荷が存在する場合(存在しない場合)、タイプII超伝導体に挿入された2つの磁気単極子が磁束管によって接続されることを意味します。
QCDで起こることのモデル(自然界では実現されていないQCDの特定のいとこで正確にすることができます)は、QCD真空が電気(色)と磁気(色)電荷の役割が逆になっているタイプII超伝導体であるということです(「デュアル」超伝導体と呼ばれることもあります)。複合色の磁気単極子が凝縮され、その結果、色の電気物体(クォーク)が磁束管によって接続されます。
最後に、フラックスチューブはどのような意味で真空変動を抑制しますか?ここでのビデオは少し不明瞭ですが、その意味は次のとおりだと思います。通常の真空変動は、QCD真空の基底状態エネルギーを低下させます(QCDカシミール効果またはQCD「宇宙定数」。技術的には、QCDトレース異常)。フラックスチューブはQCD基底状態に対して正のエネルギーを持っているので、(負のエネルギーの)真空変動を取り除いたと考えることができます。
PS:ビデオのアニメーションはこのウェブサイトからのものであり、技術論文はここにあります。