Azərbaycan
Deutschland
Lietuva
Malta
ශ්රී ලංකාව
Türkmenistan
Türkiyə
Украина
Kvantinė chromodinamika kartais vadinama stipriosios sąveikos kvantine lauko teorija teorija nagrinėjanti kvarkų gliuonų
Kvantinė chromodinamika
Kvantinė chromodinamika (kartais vadinama stipriosios sąveikos kvantine lauko teorija) – teorija, nagrinėjanti kvarkų, gliuonų ir iš jų sudarytų elementariųjų dalelių – hadronų – stipriąją sąveiką. Hadronai- stipriai sąveikaujančios dalelės, sudarytos iš trijų kvarkų (Barionai) arba kvarko-antikvarko poros (Mezonai). Tai teorija, kurios kalibracinė grupė – SU(3), Yang- Mills’o teorija spalvinį krūvį turinčioms dalelėms. QCD yra kvantinė lauko teorija, priklausanti tam tikrai grupei nekomutacinių teorijų.
Iš esmės, kvantinė chromodinamika yra labai panaši į kvantinę elektrodinamiką (QED), tačiau kvantinėje elektrodinamikoje mes turime tik vieną kalibracinį bozoną (sąveikos nešiklį) – fotoną, tuo tarpu kvantinėje chromodinamikoje yra 8 skirtingi gliuonai, turintys spalvinius krūvius. Būtent šios savybės neturi fotonas, todėl fotonai tarpusavyje nesąveikauja. Dėl sąveikų kvarkas-gliuonas bei gliuonas-gliuonas, QCD yra stipriai netiesinė ir daug sudėtingesnė teorija nei QED.
Istorija
Teorijos pradžia, kaip ir visai elementarių dalelių fizikai, galima laikyti 1950 metus, kuomet buvo sukurtos pirmosios burbulinės ir garų kameros dalelių stebėjimui. Eksperimentų metu buvo randama vis daugiau naujų hadronų, todėl buvo iškelta idėja, kad visos šios dalelės negali būti elementarios. Pirmiausia, daleles buvo bandoma klasifikuoti pagal krūvį ir . Tai atliko E. Wigneris ir W. Heizenbergas, tada pagal keistumą jas bandė klasifikuoti M. Gell-Manas ir K. Nishijima. Norint turėti geresnį dalelių modelio vaizdą, jos buvo suskirstytos aštuoneriopu keliu, kurį sugalvojo Gell-Manas ir Y. Noimanas. Gell-Mano grupės galėjo būti paaiškintos tik trijų aromatų dalelių- kvarkų- egzistavimu. Šiuo atveju viena dalelė, žymima Δ++, liko paslaptinga; pagal kvarkų modelį ji sudaryta iš trijų viršutinių kvarkų su lygiagrečiais sukiniais, o kvarkai yra fermionai, taigi tokia ,,kombinacija” yra neleidžiama pagal Paulio draudimo principą.
1965 metais Yoichiro Nambu, Moo- Young Han’as ir O. W. Greenberg’as nepriklausomai išsprendė šią problemą pateikdami idėją, kad kvarkai turi adityvų SU(3) kalibracinį laisvės laipsnį, vėliau pavadintą spalviniu krūviu. Jie pažymėjo, kad kvarkai gali sąveikauti dėka vektorinių bozonų- gliuonų-okteto.
Kadangi laisvų kvarkų paieška nesisekė ir nedavė jokių naujų dalelių pėdsakų, buvo sugalvotas apibrėžimas elementariosios dalelės apibrėžimas- tokia dalelė turi būti izoliuojama ir stebima laisva eksperimento metu. Gell-Manas sakė, kad kvarkai labiau yra matematinė abstrakcija, o ne realios dalelės. Tuo jis norėjo išreikšti uždarymo idėją ir tuo pačiu teigė, kad kvantinė lauko teorija negali pilnai aprašyti stipriosios sąveikos. teigė, kad iš didelių energijų eksperimentų galima suprasti, jog kvarkai tikrai egzistuoja. Jis juos vadino partonais, nes buvo aišku, kad tai hadronų dalys. Skirtumas tarp Feinmano ir Gell-Mano aiškinimų sukėlė pasiskirstymą tarp fizikos teoretikų. Feinmanas manė, kad kvarkai turi pasiskirstymą pagal impulsą, koordinatę kaip ir kitos dalelės, ir jis žinojo, kad momento difuzijos eksperimentai paaiškina difrakcinę sklaidą. Tuo tarpu Gell-Manas tikėjo, kad kvarkų krūviai gali būti lokalizuoti, tuo tarpu, patys kvarkai negali būti lokalizuoti, nes erdvė ir laikas yra sujungiami. Tai buvo labiau radikalus požiūris į S matricos teoriją.
QCD – svarbi dalelių fizikos standartinio modelio dalis. Ji aprašo keletą svarbių aspektų: Asimptotinę laisvę (angl.-asimptotic freedom); kuri reiškia, kad labai aukštoje temperatūroje vykstančių reakcijų metu kvarkai ir gliuonai sąveikauja labai silpnai ir gali būti laisvi. Šią savybę 1970 metais atrado Frank’as Wilczek’as ir David’as Gross’as ir už tai 2004 metais buvo apdovanoti Nobelio premija. Konfainmentą (angl.-confinement); kuris reiškia, kad kvarkus ir gliuonus atskiriant, jėga tarp jų nemažėja. Dėl to, norint askirti du kvarkus, reikia begalinio kiekio energijos; taigi, jie visada yra surišti į grupes ir sudaro hadronus. Nors analiziškai uždarymas neįrodytas, jis egzistuoja, nes niekada nebuvo aptikti laisvi kvarkai. Trys spalvinių krūvių rūšys (raudonas, žalias, mėlynas) buvo sugalvoti pagal analogiją optikoje, kur šios spalvos, būdamos kartu duoda baltą spalvą. Tai pat ir QCD- trys spalviniai krūviai duoda neutralų nulinį krūvį, o su spalvų pojūčiais čia nėra nieko bendro.
QCD medžiaga
Kvarkų medžiaga arba QCD medžiaga priklauso bet kokiam skaičiui teorinių fazių medžiagos, kurios laisvės laipsniai apima kvarkus ir gliuonus. Šios teorinės fazės (būsenos) turi atsirasti nepaprastai aukštoje temperatūroje ir esant tankiui milijardus kartų didesniam nei tas, kurį išgauna geriausios laboratorijos. Esant tokioms sąlygoms paprasta medžiagos struktūra, kurioje kvarkai surišti į nukleonus, o šie – į atomų branduolius, apsuptus elektronų, suyra ir kvarkai gali laisvai tekėti. Standartiniame modelyje stipriausia jėga yra stiprioji sąveika, kurią aprašo kvantinė chromodinamika. Paprastose medžiagos būsenose ir tankiuose, ši jėga suriša kvarkus ir laiko juos savo veikimo nuotolyje- 10-15m= 1 fm. Taigi, įprastomis sąlygomis dideliuose atstumuose stipriosios sąveikos galima visiškai neįskaityti. Tačiau, kai temperatūra pasiekia QCD skalę- 1012K, hadronai ,,išsilydo” į atskirus kvarkus ir stiprioji sąveika yra vyraujanti, nes paprastai atsumas tarp kvarkų yra mažesnis nei 1 femtometras. Tokios fazės ir vadinamos kvarkų medžiaga arba QCD medžiaga.
Kvantinės chromodinamikos medžiaga turi egzistuoti labai ekstremaliose sąlygose. Pirmiausia, tokia būsena galėjo egzistuoti visatoje praėjus 10-6 sekundės po Didžiojo sprogimo, kuomet kvarkai ir gliuonai dar buvo laisvi ir nesusijungę į atomų branduolius. Būtent tada galėjo egzistuoti būsena, o kosmologijoje šis laikotarpis taip ir vadinamas- kvarkų- gliuonų era. QCD medžiaga gali egzistuoti ir dabartinėje visatoje. Pagrindinis jos šaltinis gali būti neutroninės žvaigždės. Jos yra daug vėsesnės nei 1012K, tačiau tai labai kompaktiški objektai, kuriose slėgį sukuria savo sluoksnių svoris ir milžiniška gravitacija. Todėl, QCD medžiaga gali egzistuoti neutroninių žvaigždžių viduje. Kompaktiškos neutroninės žvaigždės, kurios būtų sudarytos iš kvarkų, yra vadinamos kvarkų žvaigždėmis (angl.- quark stars) arba keistosiomis žvaigždėmis (angl.- strange stars).
Dar viena objektų klasė, kurioje galėtume ieškoti kvarkų medžiagos, yra vadinama keistaisiais objektais (angl.- strangelets). Tai hipotetiniai tarpžvaigždinės erdvės gabalai. Jie egzistuotų tik tada, jei branduolinė medžiaga yra metastabili ir skyla į kvarkus. Žemėje tokią medžiagos būseną būtų įmanoma išgauti sunkiųjų jonų susidūrimuose (angl.- Heavy ion collision). Fizikai dalelių greitintuvuose gali sukurti mažus trumpai gyvuojančius regionus, kurių savybės primena visatą praėjus 20 mikrosekundžių po Didžiojo sprogimo. Tai pasiekiama susiduriant iki reliatyvistinių greičių pagreitintiems sunkiems (Pb, Au) jonams.
QCD medžiagos termodinamika
Kvarkų medžiagos termodinamiką galima aiškintis ir suprasti tik remiantis standartiniu modeliu, kuriame yra šešios kvarkų rūšys ir lygiai taip pat egzistuoja šešios leptonų rūšys. Kvarkai sąveikauja per stipriąją, elektromagnetinę ir silpnąją sąveikas, o pastaroji ir leidžia vieno aromato kvarkui pavirsti kito aromato kvarku. Elektromagnetinė sąveika pasireiškia tarp dalelių, kurios turi elektrinį krūvį, o stiprioji- tarp dalelių, turinčių spalvinį krūvį- kvarkų ir gliuonų.
Teisingas kvarkų medžiagos termodinamikos aprašymas priklauso nuo fizikinio konteksto. Dideliems kiekiams, kurie gyvuoja ilgą laiką, reikia įskaityti faktą, kad tik tvarūs dydžiai (elektrinis krūvis, 8 spalviniai krūviai, , barioninis skaičiai) standartiniame modelyje yra kvarkų charakteristikos. Kiekvienas iš jų gali turėti , tačiau dideli medžiagos tūriai turi būti elektriškai ir spalviškai neutralūs. Dėl to lieka trijų dimensijų fazinė erdvė, parametrizuojama kvarkų cheminiu potencialu, leptonų cheminiu potecialu ir temperatūra. Kompaktiškose žvaigždėse kvarkų medžiaga turi užimti kubinių kilometrų eilės tūrius ir egzistuoti milijonus metų, todėl yra atitinkama termodinaminė riba. Vis dėlto, neutrinai pabėga iš medžiagos, pažeisdami leptonų skaičių, taigi fazinė erdvė kompaktiškoms žvaigždėms turi tik dvi dimensijas: temperatūrą ir kvarkų cheminį potencialą μ. Keistieji objektai (strangelets) nėra termodinaminė riba dideliems tūriams, taigi, tai yra lyg egzotinis branduolys, kuris gali turėti elektrinį krūvį. Visi šeši kvarkai turi skirtingus cheminius potencialus, o aromatas yra tvarus dydis. Cheminiai potencialai skaitiškai apibrėžiami sunkiųjų jonų susidūrimų (angl.- heavy ion collision) metu.
Fazinė diagrama kvarkų medžiagai nėra tiksliai žinoma nei eksperimentiškai nei teoriškai. Tai gali būti pritaikoma neutroninėms žvaigždėms, kur žinomi dydžiai- tik cheminis potencialas ir temperatūra. Tai tuo pačiu parodo μ ir T vertes sunkiųjų jonų susidūrimuose ir ankstyvosios visatos stadijoje. Šiaip, cheminį potencialą galima suprasti kaip dydį, aparašantį disbalansą sistemoje tarp kvarkų ir antikvarkų. Didelės μ vertės reiškia didelį kvarkų tankį.
Paprasta medžiaga, kokią mes pažįstame, yra mišri fazė, branduolinės medžiagos lašeliai (atomų branduoliai) yra apsupti vakuumo (elektronų debesėlio), ir egzistuoja žemos temperatūros fazėje- slenkstyje tarp vakuumo ir branduolinės medžiagos. Šios fazės duomenys: μ=310MeV, temperatūra T artima nuliui. Jei didnsime kvarkų tankį (didinsime μ) išlaikydami žemą temperatūrą, eisime link fazės su vis labiau suspausta branduoline medžiaga. Ėjimas šia kryptimi reiškia skverbimąsi vis giliau į neutroninės žvaigždės vidų. Galiausiai, esant nežinomai μ vertei, įvyksta fazinis virsmas į kvarkų medžiagą. Ultra-aukštame tankyje galima tikėtis rasti uždarytos spalvos- aromato fazę (angl.- Color-Flavor-Locked, CFL) – spalvinio superlaidumo (color superconducting) fazę. Tarpiniuose tankiuose galima tikėtis kitų fazių, pvz.:skystos CFL kvarkų fazės, kuri gamtoje kol kas nežinoma. Tai gali būti kitokia spalvinio superlaidumo kvarkų medžiagos forma ar dar kažkas nežinomo.
Dabar įsivaizduokime, kad startuojame iš būsenos, kurioje μ=T=0. Jei mes kaitiname sistemą pirmiausiai įterpdami ir atsižvelgdami ne į kvarkus, o į antikvarkus, gauname vertikalų judėjimą temperatūros didėjimo kryptimi. Pradžioje kvarkai vis dar tebėra uždaryti ir gaunama dujinė hadronų (daugiausiai- pionų) būsena. Toliau, kinetinei temperatūrai pasiekus 170 MeV, atsiranda perėjimas į kvarkų- gliuonų plazmą: šiluminės fliktuacijos suardo pionus ir gaunami laisvi kvarkai, antikvarkai, gliuonai, leptonai. Ėjimas šia kryptimi reiškia ėjimą atgal laiko ašimi- grįžimą į pradinės visatos būseną.
Kvarkų medžiagos fazinė struktūra vis dar lieka labiau spėliojama, nes sunku pertvarkyti skaičiavimus, aprašančius kvarkų medžiagos savybes. Pagrindinė priežastis yra tai, kad QCD, teorija, aprašanti vyraujančią sąveiką tarp kvarkų, yra nelabai žinoma prie tankių ir temperatūrų, kurie kelia didžiasią fizikų susidomėjimą. Todėl sunku iš to gauti kokias prognozes. Kvarkai yra masyvūs fermionai, kurių sukinys ½, turintys spalvinį krūvį, kurio kalibracija yra QCD sritis. Kvarkai yra parodomi Dirako laukais fundamentaliame pavidale SU(3) kalibracinėje grupėje. Kvarkai turi elektrinį krūvį (-1/3 arba 2/3 elektrono krūvio). Kvarkai turi kvantinius skaičius: barioninį skaičių, kuris kiekvienam kvarkui lygus 1/3, hiperkrūvį ir aromato kvantinį skaičių.
Kiekviena lauko teorija dalelių fizikoje yra pagrįsta tam tikromis simetrijomis, kurių egzistavimas yra nustatomas iš stebėjimų. Tai gali būti lokalios simetrijos- simetrijos, veikiančios nepriklausomai kiekviename erdvėlaikio taške. Kiekviena tokia simetrija ya pagrindas bet kuriai kalibracinei teorijai (gauge theory) ir reikalauja, kad egzistuotų kalibracinis bozonas (sąveikos nešėjas), globalios simetrijos, kurių operacijos taikomos visiems erdvėlaikio taškams. QCD yra kalibracinė SU(3) grupės teorija, kurioje spalvinis krūvis apibrėžia lokalią simetriją.
Stiprioji sąveika nesiskiria tarp skirtingo aromato kvarkų. QCD turi apytikslę aromato simetriją, kuri pažeidžiama tuo, kad kvarkų masės yra skirtingos. Egzistuoja papildomos globalios simmetrijos, kurių apibrėžimai reikalauja chirališkumo sąvokos ir skirtumo tarp kairinės ir dešinės orientacijos. Jei dalelės sukinys turi teigiamą projekciją judėjimo kryptimi, tai yra kairinė orientacija, priešingu atveju yra dešininė orientacija. Šiaip, chirališkumas ir ,,rankų” analogija yra ne tas pats, tačiau, esant aukštoms aukštoms energijoms, toks palyginimas apytiksliai atitinka tikrovę.
Pagal kvantinės lauko teorijos taisykles ir Feinmano diagramas, aukščiau pateikta teorija nurodo tris sąveikas: 1. kvarkas gali išspinduliuoti ar absorbuoti gliuoną; 2. gliuonas gali išspinduliuoti ar sugerti gliuoną; 3. du gliuonai gali tarpusavyje tiesiškai sąveikauti. Taigi, iš to matomas pagrindinis skirtumas tarp QCD ir QED teorijų. Pastarojoje fotonai tarpusavyje nesąveikauja, nes neturi elektrinio ar spalvinio krūvio.
Perturbacinė QCD
Perturbacinė QCD yra dalelių fizikos šaka, kurioje kvantinė chromodinamika yra nagrinėjama darant prielaidą, kad stiprioji αs yra maža esant aukštoms energijoms ar mažiems tarpusavio atstumams- t.y- pritaikant perturbacijų principus. Daugumoje sąlygų padaryti bet kokias testuojamas prognozes QCD teorijai yra labai sunku dėl begalinio topologiškai nevienodų sąveikų skaičiaus. Mažuose tarpusavio atstumuose jungimosi konstanta yra pakankamai maža, kad šis begalinis skaičius gali būti aproksimuojamas iki aprašomų skaičių. Pirmas ir ryškiausias perturbacinės QCD testas yra R parametro matavimas elektrono- pozitrono anihiliacijos reakcijoje. R yra apibrėžiamas kaip santykis reakcijų greičių kai reakcijos yra tokios:
e-+ e+→ Hadronai; e-+ e+→ μ-+ μ+
Kol mes apibrėžiame galutinį rezultatą, sumavimas per visas galutines būsenas panaikina priklausomybę nuo hadronų tipo ir santykis R perturbacinėje QCD gali būti tiesiogiai apskaičiuojamas.
Deja, dauguma procesų negali būti apskaičiuojami tiesiogiai pagal perturbacinę QCD, nes dėl spalvinio uždarymo niekada nebus matomas laisvas kvarkas ar gliuonas. Turime įtraukti hadrono struktūrą į aptarimą, kuriam reikia neperturbacinės aplinkos. Laimė, fizikai išvystė QCD faktorizacijos teoremą, kuri atskiria skerspjūvį į dvi dalis: procesą, priklausantį perturbacinei QCD- mažų atstumų partonų skerspjūvį ir universalią ilgių atstumų funkciją. Tos ilgų atstumų funkcijos gali būti išmatuojamos su dideliu atitikimu eksperimentuose. Tokiu būdu gauname dalinai suskaičiuojamas prognozes dalelių reakcijų procesuose. Gili netamprioji sklaida ir Drell- Yan procesas yra vieni iš pagrindinių perturbacinės QCD procesų.
Šaltiniai
- kvantinė chromodinamika. Visuotinė lietuvių enciklopedija (tikrinta 2024-09-17).
Nuorodos
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_chromodynamics.
http://en.wikipedia.org/wiki/Lattice_QCD.
http://en.wikipedia.org/wiki/Perturbative_QCD.
Autorius: www.NiNa.Az
Išleidimo data:
vikipedija, wiki, lietuvos, knyga, knygos, biblioteka, straipsnis, skaityti, atsisiųsti, nemokamai atsisiųsti, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, pictu, mobilusis, porn, telefonas, android, iOS, apple, mobile telefl, samsung, iPhone, xiomi, xiaomi, redmi, pornografija, honor, oppo, Nokia, Sonya, mi, pc, web, kompiuteris, Informacija apie Kvantinė chromodinamika, Kas yra Kvantinė chromodinamika? Ką reiškia Kvantinė chromodinamika?
Kvantine chromodinamika kartais vadinama stipriosios saveikos kvantine lauko teorija teorija nagrinejanti kvarku gliuonu ir is ju sudarytu elementariuju daleliu hadronu stipriaja saveika Hadronai stipriai saveikaujancios daleles sudarytos is triju kvarku Barionai arba kvarko antikvarko poros Mezonai Tai teorija kurios kalibracine grupe SU 3 Yang Mills o teorija spalvinį kruvį turincioms dalelems QCD yra kvantine lauko teorija priklausanti tam tikrai grupei nekomutaciniu teoriju Is esmes kvantine chromodinamika yra labai panasi į kvantine elektrodinamika QED taciau kvantineje elektrodinamikoje mes turime tik viena kalibracinį bozona saveikos nesiklį fotona tuo tarpu kvantineje chromodinamikoje yra 8 skirtingi gliuonai turintys spalvinius kruvius Butent sios savybes neturi fotonas todel fotonai tarpusavyje nesaveikauja Del saveiku kvarkas gliuonas bei gliuonas gliuonas QCD yra stipriai netiesine ir daug sudetingesne teorija nei QED IstorijaTeorijos pradzia kaip ir visai elementariu daleliu fizikai galima laikyti 1950 metus kuomet buvo sukurtos pirmosios burbulines ir garu kameros daleliu stebejimui Eksperimentu metu buvo randama vis daugiau nauju hadronu todel buvo iskelta ideja kad visos sios daleles negali buti elementarios Pirmiausia daleles buvo bandoma klasifikuoti pagal kruvį ir Tai atliko E Wigneris ir W Heizenbergas tada pagal keistuma jas bande klasifikuoti M Gell Manas ir K Nishijima Norint tureti geresnį daleliu modelio vaizda jos buvo suskirstytos astuoneriopu keliu kurį sugalvojo Gell Manas ir Y Noimanas Gell Mano grupes galejo buti paaiskintos tik triju aromatu daleliu kvarku egzistavimu Siuo atveju viena dalele zymima D liko paslaptinga pagal kvarku modelį ji sudaryta is triju virsutiniu kvarku su lygiagreciais sukiniais o kvarkai yra fermionai taigi tokia kombinacija yra neleidziama pagal Paulio draudimo principa 1965 metais Yoichiro Nambu Moo Young Han as ir O W Greenberg as nepriklausomai issprende sia problema pateikdami ideja kad kvarkai turi adityvu SU 3 kalibracinį laisves laipsnį veliau pavadinta spalviniu kruviu Jie pazymejo kad kvarkai gali saveikauti deka vektoriniu bozonu gliuonu okteto Kadangi laisvu kvarku paieska nesiseke ir nedave jokiu nauju daleliu pedsaku buvo sugalvotas apibrezimas elementariosios daleles apibrezimas tokia dalele turi buti izoliuojama ir stebima laisva eksperimento metu Gell Manas sake kad kvarkai labiau yra matematine abstrakcija o ne realios daleles Tuo jis norejo isreiksti uzdarymo ideja ir tuo paciu teige kad kvantine lauko teorija negali pilnai aprasyti stipriosios saveikos teige kad is dideliu energiju eksperimentu galima suprasti jog kvarkai tikrai egzistuoja Jis juos vadino partonais nes buvo aisku kad tai hadronu dalys Skirtumas tarp Feinmano ir Gell Mano aiskinimu sukele pasiskirstyma tarp fizikos teoretiku Feinmanas mane kad kvarkai turi pasiskirstyma pagal impulsa koordinate kaip ir kitos daleles ir jis zinojo kad momento difuzijos eksperimentai paaiskina difrakcine sklaida Tuo tarpu Gell Manas tikejo kad kvarku kruviai gali buti lokalizuoti tuo tarpu patys kvarkai negali buti lokalizuoti nes erdve ir laikas yra sujungiami Tai buvo labiau radikalus poziuris į S matricos teorija QCD svarbi daleliu fizikos standartinio modelio dalis Ji apraso keleta svarbiu aspektu Asimptotine laisve angl asimptotic freedom kuri reiskia kad labai aukstoje temperaturoje vykstanciu reakciju metu kvarkai ir gliuonai saveikauja labai silpnai ir gali buti laisvi Sia savybe 1970 metais atrado Frank as Wilczek as ir David as Gross as ir uz tai 2004 metais buvo apdovanoti Nobelio premija Konfainmenta angl confinement kuris reiskia kad kvarkus ir gliuonus atskiriant jega tarp ju nemazeja Del to norint askirti du kvarkus reikia begalinio kiekio energijos taigi jie visada yra suristi į grupes ir sudaro hadronus Nors analiziskai uzdarymas neįrodytas jis egzistuoja nes niekada nebuvo aptikti laisvi kvarkai Trys spalviniu kruviu rusys raudonas zalias melynas buvo sugalvoti pagal analogija optikoje kur sios spalvos budamos kartu duoda balta spalva Tai pat ir QCD trys spalviniai kruviai duoda neutralu nulinį kruvį o su spalvu pojuciais cia nera nieko bendro QCD medziagaKvarku medziaga arba QCD medziaga priklauso bet kokiam skaiciui teoriniu faziu medziagos kurios laisves laipsniai apima kvarkus ir gliuonus Sios teorines fazes busenos turi atsirasti nepaprastai aukstoje temperaturoje ir esant tankiui milijardus kartu didesniam nei tas kurį isgauna geriausios laboratorijos Esant tokioms salygoms paprasta medziagos struktura kurioje kvarkai suristi į nukleonus o sie į atomu branduolius apsuptus elektronu suyra ir kvarkai gali laisvai teketi Standartiniame modelyje stipriausia jega yra stiprioji saveika kuria apraso kvantine chromodinamika Paprastose medziagos busenose ir tankiuose si jega surisa kvarkus ir laiko juos savo veikimo nuotolyje 10 15m 1 fm Taigi įprastomis salygomis dideliuose atstumuose stipriosios saveikos galima visiskai neįskaityti Taciau kai temperatura pasiekia QCD skale 1012K hadronai issilydo į atskirus kvarkus ir stiprioji saveika yra vyraujanti nes paprastai atsumas tarp kvarku yra mazesnis nei 1 femtometras Tokios fazes ir vadinamos kvarku medziaga arba QCD medziaga Kvantines chromodinamikos medziaga turi egzistuoti labai ekstremaliose salygose Pirmiausia tokia busena galejo egzistuoti visatoje praejus 10 6 sekundes po Didziojo sprogimo kuomet kvarkai ir gliuonai dar buvo laisvi ir nesusijunge į atomu branduolius Butent tada galejo egzistuoti busena o kosmologijoje sis laikotarpis taip ir vadinamas kvarku gliuonu era QCD medziaga gali egzistuoti ir dabartineje visatoje Pagrindinis jos saltinis gali buti neutronines zvaigzdes Jos yra daug vesesnes nei 1012K taciau tai labai kompaktiski objektai kuriose slegį sukuria savo sluoksniu svoris ir milziniska gravitacija Todel QCD medziaga gali egzistuoti neutroniniu zvaigzdziu viduje Kompaktiskos neutronines zvaigzdes kurios butu sudarytos is kvarku yra vadinamos kvarku zvaigzdemis angl quark stars arba keistosiomis zvaigzdemis angl strange stars Dar viena objektu klase kurioje galetume ieskoti kvarku medziagos yra vadinama keistaisiais objektais angl strangelets Tai hipotetiniai tarpzvaigzdines erdves gabalai Jie egzistuotu tik tada jei branduoline medziaga yra metastabili ir skyla į kvarkus Zemeje tokia medziagos busena butu įmanoma isgauti sunkiuju jonu susidurimuose angl Heavy ion collision Fizikai daleliu greitintuvuose gali sukurti mazus trumpai gyvuojancius regionus kuriu savybes primena visata praejus 20 mikrosekundziu po Didziojo sprogimo Tai pasiekiama susiduriant iki reliatyvistiniu greiciu pagreitintiems sunkiems Pb Au jonams QCD medziagos termodinamikaKvarku medziagos termodinamika galima aiskintis ir suprasti tik remiantis standartiniu modeliu kuriame yra sesios kvarku rusys ir lygiai taip pat egzistuoja sesios leptonu rusys Kvarkai saveikauja per stipriaja elektromagnetine ir silpnaja saveikas o pastaroji ir leidzia vieno aromato kvarkui pavirsti kito aromato kvarku Elektromagnetine saveika pasireiskia tarp daleliu kurios turi elektrinį kruvį o stiprioji tarp daleliu turinciu spalvinį kruvį kvarku ir gliuonu Teisingas kvarku medziagos termodinamikos aprasymas priklauso nuo fizikinio konteksto Dideliems kiekiams kurie gyvuoja ilga laika reikia įskaityti fakta kad tik tvarus dydziai elektrinis kruvis 8 spalviniai kruviai barioninis skaiciai standartiniame modelyje yra kvarku charakteristikos Kiekvienas is ju gali tureti taciau dideli medziagos turiai turi buti elektriskai ir spalviskai neutralus Del to lieka triju dimensiju fazine erdve parametrizuojama kvarku cheminiu potencialu leptonu cheminiu potecialu ir temperatura Kompaktiskose zvaigzdese kvarku medziaga turi uzimti kubiniu kilometru eiles turius ir egzistuoti milijonus metu todel yra atitinkama termodinamine riba Vis delto neutrinai pabega is medziagos pazeisdami leptonu skaiciu taigi fazine erdve kompaktiskoms zvaigzdems turi tik dvi dimensijas temperatura ir kvarku cheminį potenciala m Keistieji objektai strangelets nera termodinamine riba dideliems turiams taigi tai yra lyg egzotinis branduolys kuris gali tureti elektrinį kruvį Visi sesi kvarkai turi skirtingus cheminius potencialus o aromatas yra tvarus dydis Cheminiai potencialai skaitiskai apibreziami sunkiuju jonu susidurimu angl heavy ion collision metu Fazine diagrama kvarku medziagai nera tiksliai zinoma nei eksperimentiskai nei teoriskai Tai gali buti pritaikoma neutroninems zvaigzdems kur zinomi dydziai tik cheminis potencialas ir temperatura Tai tuo paciu parodo m ir T vertes sunkiuju jonu susidurimuose ir ankstyvosios visatos stadijoje Siaip cheminį potenciala galima suprasti kaip dydį aparasantį disbalansa sistemoje tarp kvarku ir antikvarku Dideles m vertes reiskia didelį kvarku tankį Paprasta medziaga kokia mes pazįstame yra misri faze branduolines medziagos laseliai atomu branduoliai yra apsupti vakuumo elektronu debeselio ir egzistuoja zemos temperaturos fazeje slenkstyje tarp vakuumo ir branduolines medziagos Sios fazes duomenys m 310MeV temperatura T artima nuliui Jei didnsime kvarku tankį didinsime m islaikydami zema temperatura eisime link fazes su vis labiau suspausta branduoline medziaga Ėjimas sia kryptimi reiskia skverbimasi vis giliau į neutronines zvaigzdes vidu Galiausiai esant nezinomai m vertei įvyksta fazinis virsmas į kvarku medziaga Ultra aukstame tankyje galima tiketis rasti uzdarytos spalvos aromato faze angl Color Flavor Locked CFL spalvinio superlaidumo color superconducting faze Tarpiniuose tankiuose galima tiketis kitu faziu pvz skystos CFL kvarku fazes kuri gamtoje kol kas nezinoma Tai gali buti kitokia spalvinio superlaidumo kvarku medziagos forma ar dar kazkas nezinomo Dabar įsivaizduokime kad startuojame is busenos kurioje m T 0 Jei mes kaitiname sistema pirmiausiai įterpdami ir atsizvelgdami ne į kvarkus o į antikvarkus gauname vertikalu judejima temperaturos didejimo kryptimi Pradzioje kvarkai vis dar tebera uzdaryti ir gaunama dujine hadronu daugiausiai pionu busena Toliau kinetinei temperaturai pasiekus 170 MeV atsiranda perejimas į kvarku gliuonu plazma silumines fliktuacijos suardo pionus ir gaunami laisvi kvarkai antikvarkai gliuonai leptonai Ėjimas sia kryptimi reiskia ejima atgal laiko asimi grįzima į pradines visatos busena Kvarku medziagos fazine struktura vis dar lieka labiau speliojama nes sunku pertvarkyti skaiciavimus aprasancius kvarku medziagos savybes Pagrindine priezastis yra tai kad QCD teorija aprasanti vyraujancia saveika tarp kvarku yra nelabai zinoma prie tankiu ir temperaturu kurie kelia didziasia fiziku susidomejima Todel sunku is to gauti kokias prognozes Kvarkai yra masyvus fermionai kuriu sukinys turintys spalvinį kruvį kurio kalibracija yra QCD sritis Kvarkai yra parodomi Dirako laukais fundamentaliame pavidale SU 3 kalibracineje grupeje Kvarkai turi elektrinį kruvį 1 3 arba 2 3 elektrono kruvio Kvarkai turi kvantinius skaicius barioninį skaiciu kuris kiekvienam kvarkui lygus 1 3 hiperkruvį ir aromato kvantinį skaiciu Kiekviena lauko teorija daleliu fizikoje yra pagrįsta tam tikromis simetrijomis kuriu egzistavimas yra nustatomas is stebejimu Tai gali buti lokalios simetrijos simetrijos veikiancios nepriklausomai kiekviename erdvelaikio taske Kiekviena tokia simetrija ya pagrindas bet kuriai kalibracinei teorijai gauge theory ir reikalauja kad egzistuotu kalibracinis bozonas saveikos nesejas globalios simetrijos kuriu operacijos taikomos visiems erdvelaikio taskams QCD yra kalibracine SU 3 grupes teorija kurioje spalvinis kruvis apibrezia lokalia simetrija Stiprioji saveika nesiskiria tarp skirtingo aromato kvarku QCD turi apytiksle aromato simetrija kuri pazeidziama tuo kad kvarku mases yra skirtingos Egzistuoja papildomos globalios simmetrijos kuriu apibrezimai reikalauja chiraliskumo savokos ir skirtumo tarp kairines ir desines orientacijos Jei daleles sukinys turi teigiama projekcija judejimo kryptimi tai yra kairine orientacija priesingu atveju yra desinine orientacija Siaip chiraliskumas ir ranku analogija yra ne tas pats taciau esant aukstoms aukstoms energijoms toks palyginimas apytiksliai atitinka tikrove Pagal kvantines lauko teorijos taisykles ir Feinmano diagramas auksciau pateikta teorija nurodo tris saveikas 1 kvarkas gali isspinduliuoti ar absorbuoti gliuona 2 gliuonas gali isspinduliuoti ar sugerti gliuona 3 du gliuonai gali tarpusavyje tiesiskai saveikauti Taigi is to matomas pagrindinis skirtumas tarp QCD ir QED teoriju Pastarojoje fotonai tarpusavyje nesaveikauja nes neturi elektrinio ar spalvinio kruvio Perturbacine QCDPerturbacine QCD yra daleliu fizikos saka kurioje kvantine chromodinamika yra nagrinejama darant prielaida kad stiprioji as yra maza esant aukstoms energijoms ar maziems tarpusavio atstumams t y pritaikant perturbaciju principus Daugumoje salygu padaryti bet kokias testuojamas prognozes QCD teorijai yra labai sunku del begalinio topologiskai nevienodu saveiku skaiciaus Mazuose tarpusavio atstumuose jungimosi konstanta yra pakankamai maza kad sis begalinis skaicius gali buti aproksimuojamas iki aprasomu skaiciu Pirmas ir ryskiausias perturbacines QCD testas yra R parametro matavimas elektrono pozitrono anihiliacijos reakcijoje R yra apibreziamas kaip santykis reakciju greiciu kai reakcijos yra tokios e e Hadronai e e m m Kol mes apibreziame galutinį rezultata sumavimas per visas galutines busenas panaikina priklausomybe nuo hadronu tipo ir santykis R perturbacineje QCD gali buti tiesiogiai apskaiciuojamas Deja dauguma procesu negali buti apskaiciuojami tiesiogiai pagal perturbacine QCD nes del spalvinio uzdarymo niekada nebus matomas laisvas kvarkas ar gliuonas Turime įtraukti hadrono struktura į aptarima kuriam reikia neperturbacines aplinkos Laime fizikai isvyste QCD faktorizacijos teorema kuri atskiria skerspjuvį į dvi dalis procesa priklausantį perturbacinei QCD mazu atstumu partonu skerspjuvį ir universalia ilgiu atstumu funkcija Tos ilgu atstumu funkcijos gali buti ismatuojamos su dideliu atitikimu eksperimentuose Tokiu budu gauname dalinai suskaiciuojamas prognozes daleliu reakciju procesuose Gili netamprioji sklaida ir Drell Yan procesas yra vieni is pagrindiniu perturbacines QCD procesu Saltiniaikvantine chromodinamika Visuotine lietuviu enciklopedija tikrinta 2024 09 17 Nuorodoshttp en wikipedia org wiki Quantum chromodynamics http en wikipedia org wiki Lattice QCD http en wikipedia org wiki Perturbative QCD