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Evidenza Sperimentale del Gluone

5/2/2005 19

Eventi a Quattro-Jet

L’ identificazione di eventi a 4 Jet e’ una evidenza diretta della

“self-interaction” dei gluoni, vedi in seguito,:

Le distribuzioni angolari dei Jet sono sensibili alla esistenza del

triplice gluon-vertex !

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Sulla base dei risultati sopra descritti, nel 1973 Fritzsch,

Leutwyler e Gell-Mann proposero la QCD.

QED : Teoria Quantistica della Interazione Elettromagnetica.

▬ mediata dai fotoni, massa nulla;

▬ I fotoni sono accoppiati alla carica elettrica e

la “carica” della QED e’ la carica elettrica che ‘ un

numero quantico che si conserva; α.

▬ l’ intensita’ della interazione e’ data da

QCD : Teoria Quantistica delle Interazioni Forti.

▬ mediata dai gluoni, massa nulla;

▬ I gluoni sono accoppiati alla carica forte : il colore;

il colore e’ un numero quantico che si conserva con tre

valori: red, green, blue.

▬ DIVERSAMENTE dalla QED, I gluoni trasportano la

carica della interazione;

▬ solo I quark hanno la carica di colore.

I quark trasportano “ colore “

Gli anti-quark trasportano anti-colore

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leptoni

I , NON trasportano il colore, hanno

cioe’ carica di colore nulla NON partecipano alla interazione

forte !

Il colore e’ una label per gli stati di una rappresentazione SU(3)

esatta:

Consideriamo un quark red che scattera su un quark green.

Il colore e’ scambiato MA SEMPRE CONSERVATO !

Ci aspettiamo 9 gluoni :

TUTTAVIA: I gluoni sono combinazioni lineari ortogonali dei 9

stati. La combinazione

E’ : e quindi NON partecipa alle interazioni forti

otto gluoni ( vedi di seguito ).

restiamo quindi con

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Ad ogni vertice quark-gluone abbiamo la conservazione del

colore: I gluoni devono trasportare colore

e anticolore

Le funzioni d’ onda di colore dei gluoni sono esattamente

analoghe a quelle di SU(3) delle coppie e si possono

derivare dalle corrispondenze :

E quindi 8 gluoni li otteniamo dall’ ottetto:

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Mentre il nono gluone lo otteniamo

come singoletto di colore:

Ora sappiamo che il colore e’ confinato e che SOLO stati

singoletto di colore possono esistere come particelle libere.

Un gluone di massa nulla singoletto di colore darebbe

luogo a forze forti di lungo range !

Queste forze NON sono state osservate:

SOLO 8 gluoni fisici

Quindi ci sono

i quali trasportano colore per cui SONO

PERMANENTEMENTE CONFINATI !

Poiche’ anche i quark trasportano

colore: anche essi sono

PERMANENTEMENTE CONFINATI !

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Poiche’ e’ un singoletto di colore, coppie

possono esistere come particelle libere:

MESONI

La combinazione

e’ anche un singoletto di colore e quindi: oggetti formati da qqq

possono esistere come particelle libere:

BARIONI

Per provare che e’ un singoletto di colore si introducono gli

operatori ladder ( rising e lowering ) di SU(3) di colore analoghi a

quelli visti nel primo capitolo per SU(3) di sapore:

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Per riassumere, le particelle libere possono essere

formate come :

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QCD potrebbe sembrare molto simile alla QED tuttavia in pratica

QCD si comporta MOLTO DIVERSAMENTE da QED.

La somiglianza deriva dal fatto che entrambe le teorie implicano

lo scambio di un bosone di spin 1 a massa nulla.

LA GRANDE DIFFERENZA sta nel fatto che I GLUONI

TRASPORTANO LA CARICA DI COLORE :

I GLUONI POSSONO INTERAGIRE TRA DI LORO !

▬ ESEMPIO: Scattering gluone-gluone

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Asymptotic Freedom and

Quark Confinement(1)

Dallo studio dello scattering profondamente inelastico abbiamo

imparato che quando l’ impulso della particella incidente e’

estremamente alto, e quindi anche il momento trasferito alla

targhetta lo e’, allora la particella ha accesso a distanze sempre

piu’ piccole dentro il nucleone.

A queste distanze la forza forte tra I quark e’ sempre piu’ piccola

ed i quark sono essenzialmente “liberi”: e’ questo scattering su

quark liberi che da’ lo “scaling” !

Questo effetto e’ chiamato “asymptotic freedom” –

Gross, Politzer e Wilczek- Premio Nobel 2004.

Al crescere della distanza tra I quark l’ intensita’ della forza forte

aumenta tenedo I quark “confined” nel nucleone:

“quark confinement” .

Come abbiamo gia’ visto, ad un certo punto l’ energia a

disposizione diventa sufficiente a creare una nuova coppia

quark-antiquark portando alla fine alla produzione di un nuovo

adrone MA : IMPEDENDO quindi l’ emissione dei quark come

particelle libere.

Riassumiamo il campo di colore tra due quark: I gluoni che

mediano la forza agiscono come sorgenti addizionali del campo

di colore. L’ interazione gluone-gluone”tira” le linee di forza del

colore in un tubo stretto: “ STRING”. In questo modello la

“molla” ha una sua “tensione”e non appena I quark si separano

la molla immagazzina energia potenziale. Vedi figura.

NON SI SONO MAI OSSERVATI

“FREE quarks/gluons”

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Asymptotic Freedom and

Quark Confinement(2)

Il potenziale di QCD

▬ tra quark ha due componenti:

Termine Coulombiano:

Termine Lineare : Tirando I quark uno lontano dall’ altro, il

termine k lavorera’ come una molla

elastica incamerando energia. Questa

verra’ rilasciata in forma di adroni se la

molla si spezza.

▬ Come vedremo nel prossimo

capitolo. Questo tipo di potenziale

spiega bene gli stati trovati nel

charmonio e nel bottonio.

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α α

Running di e (1)

S

In QED la carica “nuda” dell’ elettrone e’ schermata da una

nuvola di coppie virtuali elettrone-positrone:

In termini di diagrammi di Feynman:

▬ Una serie infinita di diagrammi che

possono essere sommati e sostituiti

da un singolo diagramma con una

costatnte di accoppiamento “running”

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α α

Running di e (2)

S

In QCD la cosa e’ simile MA ora abbiamo I loop gluonici e I

diagrammi extra producono effetti ANTI_SCHERMO:

Nuvole di coppie virtuali Nuvole di gluoni virtualii

Anti-Schermo

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α α

Running di e (3)

S

High Energy ≡ Short Distances

Low Energy ≡ Large Distances

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PAGINE

35

PESO

1.19 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Fisica Nucleare e Subnucleare II del Prof. Carlo Dionisi, riguardante i seguenti argomenti: la cromodinamica quantistica (QCD); produzione di risonanze in processi di collisione; dati empirici sull'esistenza e lo spin dei quark; dati empirici sull'esistenza del gluone; gli eventi a quattro jet; teoria quantistica della interazione elettromagnetica e teoria quantistica delle interazioni forti.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in fisica
SSD:
A.A.: 2009-2010

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisica Nucleare e Subnucleare II e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Dionisi Carlo.

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