ديناميكا لونية كمية

الديناميكا لونية كمومية أو الكروموديناميكا الكمومية (يرمز لها اختصارا QCD من Quantum chromodynamics) هي نظرية في التآثر القوي وهي عبارة عن القوة التي تربط بين الكواركات والكواركات المضادة ولا يمكن رؤيتها إلا عند التصادم بين النيوترون والبروتون مثلا.[1][2][3]

نظرية الحقل الكمومي

مخطط فاينمان تاريخ نظرية المجال الكمي الخلفية نظرية مقياس نظرية المجال تماثل بوانكيه ميكانيكا الكم انفصال تماثل تلقائي تناظر Crossing Charge conjugation تكافؤ انعكاس زمني [الإنجليزية] الأدوات Anomaly نظرية الحقل الفعال Expectation value اشباح فادييف-بوبوفs مخطط فاينمان LSZ reduction formula دالة التقسيم Propagator تكميم استبدال غير المتناهي فراغ كمي Wick's theorem Wightman axioms المعادلات معادلة ديراك معادلة كلاين-غوردون Proca equations Wheeler–deWitt equation النموذج العياري تآثر كهروضعيف آلية هيغز ديناميكا لونية كمومية كهروديناميكا كمية نظرية يانغ-ميلز نظريات غير مكتملة ثقالة كمومية نظرية الأوتار تناظر فائق Technicolor نظرية كل شيء علماء Adler • بيته • Bogoliubov , Callan • كولمان • DeWitt • ديراك • ديسون • فيرمي • فاينمان • Fierz • يورج مارتن فروليش • جيلمان • Goldstone • غروس • هوفت • رومان فلاديمير جاكيو • كلاين • لانداو • لي • ليمان • Majorana • نامبو • Parisi • بوليكوف • عبد السلام • جوليان شفينجر • Skyrme • شتوكلبرج • إتيرو • Symanzik • توموناجا • فيلتمان • واينبرج • فيكتور فايسكوبف • ولسون • ويتين • يانج • هدبهائي • يوكاوا • تسيمرمان • Zinn-Justin

توجد خاصيتان غريبتان في الديناميكا اللونية الكمومية وهي :

• التحرر التقاربي (بالإنجليزية: Asymptotic freedom)‏، التي تقول بأنه إذا كان التفاعل ذو طاقة عالية، سيكون التفاعل الحاصل بين الكواركات والغلوونات ضعيفاً جداً. أُكتشف هذه التنبؤ الموجود في الديناميكا لونية كمومية لأول مرة في أوائل السبعينات بواسطة هيو دايفيد بولتيزر وفرانك ويلكزك ودايفيد غروس، الذين حصلوا بسببها على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2004.
• الحصر(بالإنجليزية: confinement)‏، التي تقول بأن القوة التي تحدث بين الكواركات تزداد كلما ابتعدت الكواركات عن بعضها البعض. و بسبب هذا، سنحتاج إلى طاقة لانهائية للقيام بالفصل بين كواركين; وبالتالي يبقى الكواركان مع بعضهما إلى الأبد على شكل هادرونات، كبروتونات أو كنيوترونات على سبيل المثال. على الرغم من أن هذه النظرية لم تثبت بشكل تحليلي، إلا أن العديد من العلماء يعتقدون بأن هذه النظرية صحيحة، لأنها استطاعت تحديد سبب الفشل المستمر للبحث عن الكواركات الحرة، كما أنه من السهل إثباتها في الكروموديناميك الكمومي الشبكي Lattice QCD.

التحرر التقاربي و الحصر اللوني [4]

كانت الأدلة الأنيقة التي أقنعت مجتمع الفيزياء النظرية بأن  ال(ك د ك) هي النظرية الصحيحة للتفاعلات القوية هي إظهار الحرية المتقلبة في أوائل عام 1973 باستخدام مجموعة إعادة التشكيل. لقد فتح هذا العمل الباب لنظرية الاضطراب بحيث تكون قابلة للتطبيق على تفاعلات القوة النووية عند الطاقات العالية (المسافات القصيرة) ، وشرح نتيجة تجربة 1968  المعجل الخطي في مركز ستانفورد، بأن التفاعلات القوية أصبحت أضعف في طاقات عالية. \\

لنأخذ فكرة عامة حول سلوك ثابت الاقتران القوي ، يمكننا التعبير عن اعتماد ثابت الاقتران على نقل الزخم كقوى ${\displaystyle \ ln(Q^{2}/\mu ^{2})}$،

${\displaystyle {\frac {1}{\alpha _{s}(\mu ^{2})}}={\frac {1}{\alpha _{s}(Q^{2})}}+\beta _{0}\ln({\frac {Q^{2}}{\mu ^{2}}})+....,}$

حيث $\mu$ مقياس إعادة التشكيل و ${\displaystyle \beta _{0}=(11-{\frac {2}{3}}N_{f})}$، حيث ${\displaystyle N_{f}}$ عدد نكهات الكواركات. يمكن تعريف مايسمى بمعامل نطاق الكروموديناميكا الكمومية ${\displaystyle \Lambda _{QCD}}$ كالتالي:

${\displaystyle {\frac {\beta _{0}}{4\pi }}\ln({\frac {\mu ^{2}}{\Lambda ^{2}}})\equiv {\frac {1}{\alpha _{s}(\mu ^{2})}}={\frac {1}{\alpha _{s}(Q^{2})}}+\beta _{0}\ln({\frac {Q^{2}}{\mu ^{2}}})}$

بطريقة أخرى  ${\displaystyle \Lambda ^{2}=\mu ^{2}e^{(-{\frac {4\pi }{\beta _{0}\alpha _{s}(\mu ^{2})}})}.}$

الآن يمكننا كتابة المعادلة التالية:

${\displaystyle \alpha _{s}(\mu ^{2})={\frac {4\pi }{\beta _{0}\ln({\frac {\mu ^{2}}{\Lambda ^{2}}})}}.}$

من الواضح انه عندما تمتلك ${\displaystyle \mu ^{2}}$ قيم كبيرة فإن ثابت الترابط ${\displaystyle \alpha _{s}(\mu ^{2})\rightarrow 0}$، و حينها تصبح نظرية الإضطراب في متناول اليد (قابلة للتطبيق).

المعادلة السابقة تضمن أيضًا زيادة ${\displaystyle \alpha _{s}(\mu ^{2})\rightarrow \infty }$ عند انخفاض الطاقات (المسافات البعيدة) ، مما يعني أن أي محاولة لفصل أي حالة خاصة بالألوان (على سبيل المثال $ \pi $- ميزون) في مكوناته الملونة (الكواركات ومضادات الكواركات) سوف تنتشر الطاقة حتى تصل إلى نقطة حيث تشكل زوج كوارك كوارك مضاد جديد (أو أزواج) بين المكونات المفصولة. هذه هي آلية الحصر اللوني ، و التي تم اقتراحها كتفسير  لعدم ملاحظة الكواركات وال قلوونات كجسيمات معزولة. هناك العديد من التصورات النظرية لحصر الكوارك.