Cromodinámica cuántica

Cromodinámica cuántica, teoría física que trata de explicar el comportamiento de las partículas elementales llamadas quarks y gluones, que forman las partículas conocidas como hadrones. Matemáticamente, la cromodinámica cuántica es bastante similar a la electrodinámica cuántica, la teoría de las interacciones electromagnéticas, y trata de proporcionar una explicación equivalente para la fuerza nuclear fuerte, que une las partículas para formar núcleos atómicos. El prefijo “cromo” se refiere al “color”, una propiedad matemática que se asigna a los quarks.

Características

  •  Libertad asintótica: una de las propiedades básicas de la teoría es la libertad asintótica: a cortas distancias, las partículas cargadas son prácticamente libres. Sin embargo, cuando las distancia entre ellas aumenta, la interacción que las mantiene juntas también aumenta. Esto contrasta fuertemente con el carácter de otras interacciones como la electromagnética y la gravitatoria, que disminuyen con la distancia.

Este comportamiento anómalo de la cromodinámica cuántica se debe a que los mediadores de la interacción (los gluones), son capaces de interactuar entre ellos. Esto contrasta con la interacción electromagnética cuyos mediadores, los fotones, no interactúan entre ellos.

  •  Conservación de la carga de color: el lagrangiano de la cromodinámica cuántica posee una simetría SU(3)c en la parte dependiente de los campos leptónicos. Eso implica por el teorema de Noether que existen magnitudes conservadas asociada a esa simetría. La magnitud conservada es lo que llamamos “color”.
  • Confinamiento de la carga de color: El confinamiento de la carga de color se produce por el hecho de que los gluones a su vez pueden interaccionar entre ellos según su carga de color. Esto contrasta con la situación de los fotones del campo electromagnético que como están desprovistos de carga no interaccionan entre ellos.

Quarks, leptones e interacciones fundamentales

La teoría aceptada en la actualidad para describir los componentes últimos de la materia es el denominado Modelo Estándar. Esta teoría propone un conjunto de 12 partículas elementales o sabores (con sus correspondientes antipartículas), puntuales y sin subestructura conocida hasta los límites explorados en la actualidad, en torno a 10–18– 10–19 m.

Estas partículas interaccionan a través de cuatro fuerzas fundamentales que son mediadas a su vez por un segundo tipo de partículas. Las partículas que forman la materia son fermiones (tienen espín semientero) y las partículas mediadoras de las fuerzas son bosones (tienen espín entero). Los fermiones se clasifican en leptones y quarks y se agrupan en tres familias.

La materia ordinaria está constituida por las partículas de la primera familia: los quarks u y d y el electrón y su neutrino asociado. Las otras familias están formadas por partículas con propiedades semejantes a las de la primera, pero mucho más pesadas, y que por lo tanto sólo pueden producirse en procesos de alta energía. Las partículas de las familias segunda y tercera (excepto los neutrinos) son, además, inestables, y se desintegran para terminar solamente con partículas de la primera familia.

Tras los estudios de precisión del Modelo Estándar realizados en el acelerador LEP del CERN se sabe que el número de familias en el Modelo. Estándar es de tres, es decir, no hay más familias con esta estructura aún por descubrir.  Hay cuatro fuerzas fundamentales: la gravitación, el electromagnetismo, la interacción débil y la interacción fuerte.

Los quarks y los gluones son las únicas partículas fundamentales que contienen carga de color no nula, y que por lo tanto participan en las interacciones fuertes. Los gluones, partículas portadoras de la fuerza nuclear fuerte, que mantienen unidos a los quarks para formar otras partículas, como se ha explicado, también tienen carga de color y por tanto pueden interaccionar entre sí. Un efecto que derivaría de esto es la existencia teórica de agrupaciones de gluones (glubolas).

Fuentes: Enciclopedia encarta / Wikipedia.org / suf.fisica.edu.uy

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