¿Qué es la antidetección?

Una conclusión importante del proceso de renormalización es que ciertas "constantes" de la Naturaleza son realmente funciones de la energía. Apantallamiento y anti-apantallamiento son palabras que se utilizan para describir las diferentes formas en que el acoplamiento puede depender de la energía:

• una teoría exhibe "pantalla" si su constante de acoplamiento aumenta con la energía, y
• una teoría exhibe "anti-apantallamiento" si su constante de acoplamiento disminuye con la energía.

---

En electrodinámica cuántica , la constante relevante se denomina "constante de estructura fina". A bajas energías (es decir, en procesos que observamos en un laboratorio), la constante de estructura fina toma un valor

$$\begin{equation} \alpha_{\rm EM}(E=0) = \frac{1}{4\pi \epsilon_0}\frac{e^2}{\hbar c} \approx \frac{1}{137} \end{equation}$$ dónde$\hbar$es la constante de Planck reducida,$c$es la velocidad de la luz,$\epsilon_0$es la polarizabilidad del vacío, y$e$es la carga del electrón. A medida que crece la energía, aumenta la constante de estructura fina . Por ejemplo, a unos 90 GeV, se mide que$\alpha_{\rm EM}(90\ {\rm GeV})\approx\frac{1}{127}$(ver referencia [1]). Este efecto es lo que Wilczek denomina cribado . Debido al principio de incertidumbre, los procesos a energías más altas sondean distancias más cortas. Debido al funcionamiento con energía de$\alpha_{\rm EM}$, la atracción electromagnética efectiva entre dos partículas cargadas$\alpha_{\rm EM}$es más débil a grandes distancias (bajas energías) que a distancias cortas (altas energías); esto se denomina "protección".

Una imagen física que se usa a menudo para describir este efecto es que una partícula cargada "polariza el vacío" y está "vestida" por una nube de fotones virtuales y otras partículas cargadas. Un electrón atraerá partículas virtuales cargadas positivamente fuera del vacío que filtran de manera efectiva la carga eléctrica vista por un observador lejos del electrón, reduciendo el tamaño del acoplamiento. Al llevar dos partículas cargadas a distancias más cortas (para que interactúen con una energía más alta), el acoplamiento efectivo entre ellas es más fuerte porque cada carga penetra en la nube de la otra y, por lo tanto, las partículas virtuales que pululan en el vacío cuántico son menos capaces de filtrar las partículas desnudas. carga de cada partícula cargada. La razón del nombre "detección" es que (en esta imagen) el vacío cuántico está filtrando la carga desnuda rodeándola con partículas virtuales de la carga opuesta. Debo enfatizar que esta es una buena imagen física, pero en última instancia es solo un conjunto de palabras envueltas en un cálculo riguroso del funcionamiento del acoplamiento electromagnético con la energía.

---

En cromodinámica cuántica , la constante de acoplamiento de fuerza fuerte se llama$\alpha_s$. La propiedad clave de QCD es que$\alpha_s$ disminuye con la energía. Este comportamiento se denomina libertad asintótica , ya que a altas energías la constante de acoplamiento desaparece y las partículas ya no interactúan a través de la fuerza fuerte (por lo que son "partículas libres"). Este comportamiento es exactamente lo contrario de la electrodinámica. En resumen: a grandes distancias (bajas energías), la constante de acoplamiento de fuerza fuerte$\alpha_s$es más fuerte de lo que es a distancias pequeñas (altas energías); este es el comportamiento opuesto de la electrodinámica, por lo que nos referimos a él como "anti-pantalla".

A bajas energías (es decir, por debajo de unos pocos cientos de MeV, que sigue siendo una energía muy grande en términos humanos), la constante de acoplamiento se vuelve muy grande, por lo que no podemos usar la teoría de la perturbación para averiguar qué está pasando. Una combinación de mediciones experimentales y simulaciones por computadora en una red nos dice que en este régimen, QCD entra en un régimen conocido como "confinamiento", donde los quarks y gluones forman estados estrechamente unidos, que nos parecen partículas como protones, neutrones, y piones.

Como dije antes, la dependencia de$\alpha_s$sobre la energía es lo contrario de$\alpha_{\rm EM}$, en lugar de decir que QCD exhibe "detección", decimos que tiene "anti-detección". Es más difícil llegar a una imagen bonita que describa esta situación. Una imagen que se da es que dos quarks interactúan como si estuvieran conectados a través de una banda elástica (o "tubo de flujo"). Si imagina una banda elástica que conecta los dos quarks, entonces, a medida que separa los dos quarks, la energía en la banda aumenta y, por lo tanto, aumenta la atracción entre los quarks. Aunque es menos intuitivo (al menos para mí), la conclusión de que QCD tiene anti-screening se basa en un cálculo muy similar al que prueba que QED tiene screening, es solo que la respuesta tiene el signo opuesto en QCD.

---

En general, el funcionamiento de la constante de acoplamiento$\alpha$con energía está determinada por la función beta , donde

$$\begin{equation} \beta(g)=\frac{\partial g}{\partial \log \mu} \end{equation}$$ Esta ecuación describe el funcionamiento del acoplamiento.$g$con escala de energía$\mu$. Tenga en cuenta que$g$está relacionado con$\alpha$por$\alpha=g^2/4\pi$. El signo de la función beta, que nos dice si la teoría exhibe cribado o anticribado, está determinado por el grupo de indicadores y el contenido de la materia . Más precisamente, en una teoría de Yang-Mills, la función beta está dada (en el orden de 1 ciclo) por [2] $$\begin{equation} \beta(g)=-\left(\frac{11}{3} C_2(G) - \frac{1}{3} n_s T(R_s) - \frac{4}{3}n_f T(R_f)\right) \frac{g^3}{16\pi^2} \end{equation}$$ dónde$C_2(G)$es una constante que caracteriza el grupo calibre,$n_s$es el número de partículas escalares complejas y$n_f$es el número de fermiones, y$T(R_s)$y$T(R_f)$son constantes que describen la representación grupal de los escalares y fermiones, respectivamente. Se produce cribado si esta cantidad es positiva y anticribado si es negativa. Esta es la respuesta más precisa, pero no muy intuitiva. Personalmente, me resulta difícil entender cómo las bellas imágenes de detección y antidetección generan esta fórmula; en otras palabras, no podría decirles basándome solo en la intuición y las palabras, sin un cálculo de la función beta, si una teoría dada es pantalla o antipantalla.

---

Referencias

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Fine-structure_constant#Variation_with_energy_scale

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Beta_function_(physics)#SU(N)_Non-Abelian_gauge_theory

Voy a tratar de responder a esto, pero puede que me esté perdiendo algo. Si es así, espero que alguien me corrija por favor.

Creo que la antidetección se refiere a las propiedades de QCD frente a QED. En QED, el nivel de atracción (electromagnético) se vuelve más fuerte cuanto más cerca están las partículas. Lo mismo ocurre con la fuerza repelente del electromagnetismo; donde la repulsión es más fuerte cuanto más juntas están las partículas. La energía se amortigua con la distancia.

En QCD, la fuerte fuerza de atracción se debilita cuanto más se acercan las partículas. La energía se amortigua con la proximidad. Entonces, si dos quarks unidos se separan lo suficiente, la fuerza fuerte que los une (las partículas de gluones) gana suficiente energía para convertirse en pares de quarks y antiquarks, o en gluones adicionales.

Entonces, la fuerza fuerte, los gluones, pueden formar otros gluones, donde la fuerza electromagnética, los fotones, no pueden generar otros fotones, o incluso interactuar con otros fotones. Los fotones están limitados a ser absorbidos por electrones, reflejados o posiblemente convertirse en un par electrón-positrón. Esta es una asimetría entre QCD y QED, donde los fotones ignoran a otros fotones, pero los gluones pueden interactuar e incluso crear/absorber otros gluones.