Otras carreras Confinamiento de los quarks

[Pola]

Buenas tardes.

¿Hay alguna explicación comprensible para una profano sobre el por qué un quark no puede nunca observarse solo?

Gracias y un saludo

[Livilro]

Un ejemplo (lejano),
rompemos un imán en 2 partes, dichos fragmentos conservan instantaneamente los dos polos.
No por fragmentarlo podemos tener un único polo.

Recogiendo directamente de la wiki- La hadronización es un fenómeno que se produce cuando tras una interacción en física de altas energías se crea un quark nuevo. Puesto que los quarks no pueden estar libres, se generan en el vacío pares de quarks-antiquarks que se combinan en hadrones produciendo así jets de partículas


A la espera de alguna aportación mas extensa,

saludos Pola.

[Livilro]

Añado unos párrafos sencillos y bastante descriptivos,


"La energía del tubo de flujo aumenta con la separación, es decir, la fuerza atractiva entre los quarks se hace más fuerte con la distancia.

Llegada a una cierta longitud de tubo, la energía asociada ha crecido tanto que es lo suficientemente grande para formar un par quark-antiquark (nótese que la formación de un par de partículas requiere que la energía total sea superior a sus masas en reposo).

Fenomenológicamente, se considera entonces que el tubo "se rompe" y que aparecen dos nuevos tubos, uno entre el quark original y el nuevo antiquark formado, y otro entre el antiquark original y el nuevo quark formado gracias a la rotura del tubo de flujo.

El proceso de ruptura de los tubos de flujo se repite hasta que todos los quarks producidos son reunidos en hadrones."


Cuando una partícula alcanza la energía necesaria y se encuentra con una barrera de potencial se da el efecto tunel.
En este caso no estariamos "traspasando" una barrera de potencial sino que mas bien da la sensación de estar "trayendo" o formando algo gracias al incremento de la energía.



Pregunta personal,
¿Principio de incertidumbre?

[Pola]

Por lo que se intuye en tu respuesta, parece ser que la energía necesaria para separar los quarks es tan grande que cuando consigue separarlos, se forma otro par quark - antiquark, se recombinan todos y forman otra partícula.

Vale. Pero, ¿por qué no sucede lo mismo en otros casos? Uno puede observar un pión. Y en general, en todos los choques entre partículas, se produce energía suficiente como para dar lugar a otras partículas o a chorros de partículas, además de la partícula buscada. Pero eso no impide observar a todas esas partículas libres durante periodos muy breves de tiempo.

Sin embargo, con los quarks, no. No tienen existencia libres. Y no entiendo por qué.

Gracias por tu respuesta y un saludo.

[Livilro]

A la espera de información específica y en un ejercicio para buscar una lógica inicial ( ya que no soy ni mucho menos el óptimo para explicar nada al respecto).


1- Partículas colisionando.

2- Con el incremento de energía dado en la colisión se forman nuevas partículas.

3- Esas partículas pueden mantenerse libres un breve lapso de tiempo.



Si tenemos en cuenta que una partícula libre ( en física clásica por lo menos ) es considerada aquella partícula que no esta sometida a ninguna fuerza y es caracterizada por tener una velocidad constante,
esto nos puede llevar al error de pensar que :

A- Las partículas libres no tienen "tubos".

B- Las partículas libres no estan sometidas a condiciones intrinsecas.


No hay que olvidar que todas las partículas nuevas tienen un origen siendo una condición intrinseca para todas ellas, incluso compartida.

Entendería que si tienen tubos respecto al origen (instante y posición) de la colisión, esa fuente de energía tras la colisión no será constante y se disipará.

Fluctuación-disipación.



Aún con lo incorrecto de decir esto, el incremento de energía dado en el instante de la colisión es una partícula en sí misma,
sería el otro extremo del tubo para todas las nuevas producidas.


Entendería pues que el fenómeno de la creación de pares y por ejemplo el que los quarks no puedan verse libres como producto del principio de incertidumbre y conservación de la energía.

(Tanto texto para terminar en lo de siempre jaj)



Pero bueno...que esto lo digo con falta de información Pola, si lo explica alguíen mas apto mejor, tambien para preguntar,

¿ Existe partícula "libre" si aún no siendo sometida a fuerzas es condicionada por su origen teórico ?

¿ Cuando se pierde la dependencia con el origen debido a la disipación del mismo, las partículas "libres" (suponiendo fuesen realmente libres) tienden a dejar de ser "libres" ?

[Pola]

No quería decir "no entiendo el por qué".

Quería decir que no entiendo el mecanismo que impide que queden quarks libres.

Gracias de nuevo, Livirlo. No sé qué quieres decir cuando empleas la palabra "tubos". Nunca he leído sobre ella en ningún libro....salvo que quieras referirte a cuerdas. No entiendo cómo ésos "tubos" ayudan a explicar la duda que tengo.

Un saludo

[Livilro]

Pues fijate que es facil pensar en cuerdas cuando se nombran los "tubos de flujo" pero no hay que olvidar que todo son números y soluciones matemáticas.

Asi como las partículas mas que bolitas son resonancias.


Por ejemplo los tubos..es una referencia al "flujo" y densidad de probabilidad, no tubos tubos.


Apartir de aquí no sabría decir yo si es correcto asociarlo con las cuerdas o no, igual si igual no, dependo del resto como tú para saberlo jej
(diría yo que no)

[Livilro]

Un video ameno,

https://youtu.be/exT8lSKYo_8


De 2:00 a 2:10 se puede resumir muy bien la respuesta a la pregunta en cuestión.




Dicho burdamente, sucede porque se da la energía necesaria para que eso suceda.

Si la energía necesaría esta alli la nueva partícula ya esta allí. Una falsa instantaneidad o una falsa "aparición" como prefieras considerarlo.

Quiero pensar que lo que no es instantaneo es la "transformación" de la energía,
aún así nunca quedan libres los quarks,
la nueva partícula esta alli todo el tiempo si se tiene la energía necesaria.

Algo abstracto...pero siempre respetando la conservación.

[Pola]

No me ha aclarado mucho el vídeo. Ya sé que se crean pares quark - antiquark. Lo que no entiendo es que no se puedan ver quarks libres. Pero gracias.

[Livilro]

Si se crean pares complementando los quarks que podrian quedarse aislados ese es el motivo por el que no pueden verse libres.

No entiendo hasta que respuesta quieres llegar Pola jaj perdón.



Tenemos 2 quarks "unidos" y cuando se separan pudiendo quedar aislados aparecen otros 2 gracias a la energía dada por la separación.
Sabiendo eso lo raro y preocupante sería ver quarks libres.

Se dice que en algunos experimentos los quarks actuan como si fueran libres pero no es del todo real ya que se debe a una separación muy pequeña casi despreciable.

[carroza]

Hola. Para entender el confinamiento del color, es util entender por qué la carga eléctrica no está confinada.

Consideremos un átomo de hidrógeno. Ahi, la carga del protón se compensa con la carga eléctrica del electrón, con lo que tendríamos, en principio, confinamiento de la carga eléctrica.
Así, si consideramos solamente la materia consitituida por átomos neutros, la carga estaría confinada.

Ahora, sabemos que dando una cierta cantidad de energía, podemos separar el electrón del protón, con lo que podemos "romper" el confinamiento. Esa energía puede escribirse como
$E_c = 1/2 \alpha^2 m_e c^2$, donde $\alpha = e^2/4 \pi \epsilon_0 \hbar c \simeq 1/137$ es la constante de estructura fina y $m_e c^2 \simeq 511 keV$ es la energía en reposo del electrón. Si haceis la cuenta, os sale $E_c = 13.6 eV$ , que es la energía de ligadura del átomo de hidrógeno.

Así, podemos concluir que la carga eléctrica no está confinada, porque la interacción electromagnética es relativamente débil, ya que $\alpha$ es re pequeño frente a 1.

Imaginemos que pudieramos aumentar el valor de $\alpha$, por ejemplo haciendo $\alpha = 2$. En ese caso, la energía necesaria para separar las cargas en un átomo de hidrógeno sería de $E_c = 2 m_e c^2$, o sea, que tendría que dar una energía suficiente para crear una pareja electrón positrón. En esa situación, mi intento de separar el protón del electron inicial, requeriría una energía tal que produciría un nuevo electrón, que permanecería ligado al protón, y un nuevo positrón, que formaría un "positronio" neutro con el neutrón inicial.

Viendolo de otra manera, si $\alpha \ge 2$, la presencia inicial de una carga aislada, por ejemplo un protón, permitiría, sin gasto de energía, crear una pareja electrón-positrón, de las cuales el electrón formaría un estado ligado con el protón, confinando su carga, mientras que el positrón creado podría generar una nueva pareja electron positrón, y así sucesivamente. Digamos que $\alpha \ge 2$ provocaría una transición de fase, en la que todas las partículas con carga eléctrica inicialmente separadas se confinaría, por la creación de pares electrón positrón.

Esta situación, hipotética para la interacción electromagnética, es lo que ocurre realmente para la interacción de color. A energías altas la constante $\alpha_s$ que define la intensidad de la interacción de color es menor que 1, por lo que pueden existir particulas separadas con color, quarks y gluones. Sin embargo, a energías bajas $\alpha_s$ se hace grande, con lo que se generan pares quark-antiquark, y los quarks y gluones se recombinan formando partículas "incoloras" que son los hadrones (mesones y bariones)

Un saludo

PS: Disclaimer: Este es un argumento cualitativo, ya que uso expresiones no relativistas para la energía de ligadura, pero es plenamente consistente con un tratamiento relativista basado en la ec. de Dirac

[Livilro]

Me parece curioso que solo añadiendo 1/2 y la constante de estructura fina pasemos de hablar de la energia del electrón en reposo a la energía que se necesita para desligarlo del protón.

Necesito entender mejor esa parte perdona Carroza

¿Puede ser que conociendo experimentalmente la energía de ligadura del átomo de hidrogeno podemos imponer o concluir logicamente esas constantes a la masa del electrón en reposo ?




Si una parte de la ecuación es la masa del electrón en reposo y hablamos de provocar diferencia en ese valor, ¿dichas constantes estarían representando algun tipo de movimiento o dinámica?
Mejor dicho, ¿ una perturbación del estado del electrón respecto su estado de reposo ?



Por cierto clarísima explicación (salvo ese punto que tengo que entender) gracias Carroza.

[carroza]

Hola. Mejor piensate la pregunta, y te la respondo en otro hilo, para no complicar este. La expresión que pongo para la energía de ligadura del átomo de hidrógeno es simplemente la que aparece en el modelo de Bohr, que coincide con la ecuación de Schrodinger. No es sorprendente que una energía, la de ligadura, sea proporcional a otra energía, la energía de reposo del electrón, multiplicada por la constante adimensional que nos da la intensidad de la interacción electromagnética.

[Pola]

Gracias Carroza. Un lujo tu respuesta. Creo darme cuenta de cuál se la idea general, aunque se me escapan los detalles.

Si me permites una pregunta mas:

No tengo ni idea de cuales son las distintas "descomposiciones" que se producen al hacer chocar partículas en los aceleradores. Sólo se que una partícula puede dar lugar a distintas "descomposiciones" de otras partículas, cada uno de ellas con las probabilidades que establece la mecánica cuántica. O sea que una partícula al chocar no siempre da lugar a otra completamente predeterminada. ¿Por qué en el caso de los quarks si? ¿Por qué el choque entre protones da lugar a quarks tales que se recombinen para formar otro protón?

[carroza]

Hola. No entiendo a que "descomposiciones" te refieres. Cuando dos particulas chocan, con la energía total disponible, tanto de las masas de las particulas como de la energía cinética de la colisión, pueden producirse otras partículas, sin más límite que la conservación de la energía, y de otros numeros cuánticos relevantes. Si tienes más dudas, abre otro hilo, para no complicar mucho este.

[Pola]

Nada...es que me ofusqué. Gracias de nuevo, Carroza.

Un saludo