QCD: LA CROMODINÁMICA CUÁNTICA

3ra Parte de la Serie de Artículos de la Teoría Cuántica de Campos

El éxito de la electrodinámica cuántica animó a otros físicos durante las décadas de 1960 y 1970, a intentar un planteamiento análogo para desarrollar dentro de la mecánica cuántica un modo de entender las fuerzas nucleares fuerte y débil, y la gravedad. Los físicos lograron desarrollar dos teorías cuánticas de campos para las fuerzas nucleares fuerte y débil, llamadas respectivamente, la cromodinámica cuántica, y la teoría cuántica electrodébil.

QCD, por sus siglas en inglés, Quantum Chromodynamics, nos explica la extraña naturaleza de los quarks y la fuerza nuclear fuerte. Los quarks son partículas subatómicas que siempre se encuentran en grupos llamados hadrones, no se han encontrado quarks confinados. Esto se debe a la fuerza que la interacción nuclear fuerte aplica sobre ellos. (ver El Modelo Estándar de la Física de Partículas).

A diferencia de otras partículas, los quarks tienen carga de color. Existen tres tipos de carga de color, correspondiente a los colores primarios: rojo, azul, y verde. Obviamente, esto es solo una denominación, en realidad, no hay color visible alguno.

Al igual que la suma de positivo y negativo es neutra o cero, la suma de los tres colores es blanco o neutro.

La partícula portadora de la fuerza nuclear fuerte es el gluón. Existen ocho tipos de gluones cada uno con propiedades distintas de color. Los quarks intercambian de color constantemente gracias al gluón que transporta la carga.

Libertad asintótica: A mayor distancia mayor fuerza

La fuerza nuclear fuerte tiene una característica peculiar que no comparten las otras fuerzas, la libertad asintótica. Cuando los quarks se encuentran más cerca entre sí, la fuerza aplicada es menor o casi nula; a medida que los quarks se alejan entre sí, la fuerza aumenta considerablemente. Todo lo contrario, a la gravedad y el electromagnetismo cuya fuerza disminuye a mayor distancia.

Confinamiento de la Carga de Color

A diferencia del fotón, las partículas con carga de color no pueden vagar libremente. Por ejemplo, imaginemos que tenemos un mesón, el cual está compuesto por un quark y un anti-quark, si tratásemos de romper esta unión entre quarks, veríamos que es imposible. Esto se debe a que cuando un gluón se ve en esta situación, crea un resorte que mantiene unido a los quarks. Sin embargo, si la distancia sigue aumentando, hasta “romper” la unión, en realidad se crearía una nueva pareja de quarks y anti-quarks, y a medida que se estira más, más parejas de quarks son creadas, este fenómeno se conoce como hadronización. (Esto no viola la ley de conservación de la materia, ya que, la energía aplicada, permite la transformación en materia).