confinamento
confinamento
Nella teoria delle interazioni forti basata sulla simmetria di gauge generata dalle cariche di colore (cromodinamica quantistica, QCD, Quantum chromodynamics), il confinamento è la proprietà per la quale le particelle dotate di colore non nullo non possono esistere libere ma solo legate in particelle composte senza colore (cioè tali che la somma delle cariche di colore è nulla). Tra le particelle fondamentali, i quark sono dotati di cariche di colore, come pure gli antiquark e i gluoni (che sono i bosoni di gauge delle interazioni forti) e sono confinati. Le particelle osservate con interazione forte sono composti di tre quark (barioni) o di coppie di quark-antiquark (mesoni). Il confinamento è dovuto al fatto che il potenziale della forza tra due cariche di colore cresce linearmente con la distanza r tra le due cariche (a grandi r). Questo comportamento del potenziale a grandi distanze è stato confermato dalle simulazioni della teoria su uno spazio-tempo discretizzato (QCD sul reticolo). Di conseguenza, quando si tenta di separare due cariche di colore (per es., un quark e un antiquark), occorre fornire una quantità di energia sempre maggiore al crescere della distanza r. Ma a un certo punto l’energia fornita è sufficiente a creare coppie di quark-antiquark dal vuoto. Queste coppie si dispongono in modo da formare una catena di mesoni (o più in generale di adroni) senza colore: come nell’esperienza della calamita spezzata, cercando di separare i poli di un magnete non si fa altro che creare più dipoli magnetici, senza mai arrivare ad avere un polo libero. Per es., questo tipo di fenomeno si manifesta in un esperimento di annichilazione elettrone positrone ad alta energia dove si osservano nella maggioranza degli eventi due getti di adroni, per lo più mesoni, che risultano allineati nella direzione dei quark-antiquark primari. Ad alta temperatura si pensa che avvenga una transizione di fase in cui il confinamento viene meno e quark e gluoni possono propagarsi liberamente. Nelle simulazioni sul reticolo si vede che il coefficiente del termine lineare in r del potenziale decresce con la temperatura fino ad annullarsi alla temperatura critica TΨ di deconfinamento. Innalzando ulteriormente la temperatura il coefficiente rimane zero. Sperimentalmente si possono ottenere informazioni sulla QCD ad alte temperature e densità dalle collisioni di ioni pesanti nelle quali si possono formare delle zone calde e dense dove il plasma di quark e gluoni deconfinati può prodursi per un breve intervallo di tempo.
→ Condensazione di Bose-Einstein; Interazioni fondamentali; Fisica nucleare