QCD en el régimen no-perturbativo

Question

En la lista de problemas no resueltos de la física.

• Confinamiento: las ecuaciones de la QCD siguen sin resolverse a escalas de energía relevantes para la descripción de los núcleos atómicos. ¿Cómo da lugar la QCD a la física de los núcleos y los componentes nucleares?

• Materia de Quark: las ecuaciones de la QCD predicen que debe formarse un plasma (o sopa) de quarks y gluones a alta temperatura y densidad. ¿Cuáles son las propiedades de esta fase de la materia?

¿qué significa que "la QCD no-perturbativa es la exploración de las fases de la materia de los quarks, incluyendo el plasma de quark-gluones"?

Answer 1

Debido a la libertad asintótica, la expansión de la serie de perturbaciones de la QCD se rompe a baja energía. El parámetro de expansión, la constante de acoplamiento, se vuelve demasiado grande y, por tanto, ya no podemos confiar en los resultados. El valor de la constante de acoplamiento se aproxima al orden de $1$ a una energía de varios cientos de MeV, una escala denominada $\Lambda_{QCD}$ ("Lambda-QCD"). La teoría de la perturbación se vuelve fiable varios GeV por encima de esta escala. Pero, ¿qué significa esto para el llamado "diagrama de fases de la QCD", que es un diagrama con la temperatura como eje vertical y el potencial químico de los bariones (o la densidad, que podría ser más fácil de imaginar) como eje horizontal?

Como se puede ver en la imagen de la otra respuesta, hay una variedad de fenómenos interesantes a una escala de energía relativamente baja. Esto significa que una aproximación perturbativa en el sentido convencional (expansión en la constante de acoplamiento) no es suficiente para obtener una imagen completa de la QCD. Fenómenos como la transición al plasma de quark-gluón, la superconductividad de color y el bloqueo de color están fuera de nuestro alcance. Pero, ¿qué se puede hacer para obtener algunas ideas?

Aquí es donde entra en juego la QCD no-perturbativa. Por un lado, están los enfoques tradicionales, por ejemplo la QCD de celosía, donde se asume que la dinámica tiene lugar en una celosía discreta y se resuelven los problemas numéricamente. Por otro lado, hay enfoques novedosos como la llamada dualidad AdS/QCD, que es una manifestación de la correspondencia AdS/CFT. Aplica el principio holográfico y mapea una teoría de campo fuertemente acoplada (que es similar a la QCD) a una teoría de cuerdas en su límite de acoplamiento débil, lo que permite el tratamiento de problemas que de otro modo serían inaccesibles.

Answer 2

¿No entiendo lo que estás preguntando?

¿Qué significa que la QCD no-perturbativa es la exploración de las fases de la materia de los quarks, incluido el plasma de quarks-gluones?

Porque, a altas energías, estás en el llamado régimen de libertad asintótica. En este régimen, sus quarks interactúan débilmente y los cálculos perturbativos son posibles. Y se supone teóricamente que el plasma de quarks-gluones existió microsegundos después de la creación del universo (debido a las altas temperaturas al principio del "Big Bang").

Además, experimentos como ALICE, en el LHC del CERN, y RHIC, en el BNL, estudian las colisiones que, teóricamente, deberían producir plasma de quarks y gluones, un estado en el que, teóricamente, los quarks y los gluones están desacoplados; en la naturaleza, los quarks nunca están solos, sino que se encuentran en "estado" de mesones, es decir, dos quarks acoplados, o en "estado" de bariones, es decir, tres quarks acoplados (ambos forman parte de hadrones, familia de quarks acoplados).

Pero todavía no está claro cómo ocurre esto, el mecanismo que hay detrás, y esto es lo que están viendo en el LHC de hecho: El plasma Q-G.

Mi amigo trabajaba en el experimento ALICE en el CERN y tenía una tesis de este campo. Están estudiando las correlaciones de impulso en las colisiones Pb-Pb y están intentando ver si el estado de plasma Q-G emerge de estas colisiones utilizando el efecto Hanbury Brown y Twiss. De esta manera, a partir de las correlaciones de las funciones de onda de dos cuerpos, se podrían deducir cosas sobre la hadronización de los quarks - ya que el plasma Q-G existe sólo durante un tiempo muy pequeño, y los quarks comienzan a hadronizarse muy rápidamente, sólo se puede ver ese efecto, y tratar de ver si ese efecto realmente proviene del plasma Q-G. Pero todavía no está claro si el plasma Q-G fue creado, y están trabajando duro para averiguarlo.

Oh, también tienes este diagrama QCD

Lo que describe por qué se necesitan altas energías para producir plasma Q-G.

Espero que esto aclare un poco las cosas...