Carga de cor

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Na física de partículas, carga de cor é uma propriedade dos quarks e glúons que está relacionada com as interações fortes entre as partículas na teoria da cromodinâmica quântica (QCD). Note que a "carga de cor" está completamente desconexa da percepção visual da cor.[1] O termo cor se tornou popular simplesmente pois a carga responsável pela força forte entre as partículas é análoga às três cores primárias da visão humana: vermelho, verde e azul.[2] Outro esquema de cores é o "vermelho, amarelo e azul",[3] usando tinta no lugar da luz a analogia é perceptível.

As partículas têm suas correspondentes antipartículas. Uma partícula com carga vermelha, verde ou azul tem uma antipartícula correspondente em que a carga de cor deve ser a anticor do vermelho, verde e azul, respectivamente, para que a carga de cor seja conservada na criação e aniquilação das partículas-antipartículas. Físicos de partículas chamam essas anticores de antivermelho, antiverde e antiazul. Todas as três cores misturadas entre si, ou qualquer uma dessas cores e suas anticores (complementos ou negativos) resultam em "incolor" ou "branco" e têm uma carga de cor resultante igual a zero. Partículas livres têm carga de cor zero: bárions são compostos por três quarks, mas os quarks individuais podem ter taxas de vermelho, verde ou azul, e negativos; mésons são feitos a partir de um quark e um antiquark, o quark pode ser de qualquer cor, e o antiquark terá o negativo dessa cor. A carga de cor se difere de cargas eletromagnéticas, uma vez que cargas eletromagnéticas têm apenas um tipo de valor. Cargas positivas e negativas são o mesmo tipo de carga, apenas diferem pelo sinal.

Pouco tempo depois, a existência de quarks foi primeiro proposta em 1964, Oscar W. Greenberg introduziu a noção de mudança de cor para explicar como quarks podem coexistir dentro de alguns hádrons de estado quântico idêntico sem violar o Princípio de Exclusão de Pauli. A teoria quântica cromodinâmica vem sendo desenvolvida desde os anos 1970 e constitui uma peça importante do Modelo Padrão da física das partículas.

Vermelho, verde e azul  [editar | editar código-fonte]

Em QCD, a cor de um quark pode ter um dos três valores ou cargas: vermelho, verde e azul. Um antiquark pode ter uma das três anticores, chamadas de: antivermelho, antiverde e antiazul (representadas como ciano, magenta e amarelo, respectivamente). Glúons são misturas de duas cores, como vermelho e antiverde, constituindo sua carga de cor. A QCD leva em consideração oito glúons das possíveis nove combinações de cor-anticor.

As imagens à seguir ilustram as constantes de acoplamento para as partículas carregadas com cor:

Os quarks possuem três cores: vermelho, azul e verde. Os antiquarks, antivermelho, antiazul e antiverde. As cores podem ser representadas como vetores em um plano, conforme a figura. A adição das três (anti)cores ou de uma cor e sua anticor gera a cor branca (ou incolor), ou seja, a neutralidade de cor.

Linhas de campo de cargas de cor  [editar | editar código-fonte]

Análogo a um campo elétrico e cargas elétricas, a força forte que atua entre as cargas de cor pode ser descrita usando linhas de campo. No entanto, as linhas de campo de cor não se curvam muito para fora de uma carga à outra, porque elas são puxados fortemente pelos glúons (dentro de 1 fm).[4]  Este efeito confina quarks dentro dos hádrons.

Campos devido a carga de cores, como em quarks (G é o Tensor de intensidade de campo do glúon). Essas sã"o combinações "incolores". Topo: Carga de cor tem estados ternários neutros'' como neutralidade binaria (análogo a cargas elétricas). Inferior: Combinações quark/antiquark.[5] [6]


Carga e constante de acoplamento  [editar | editar código-fonte]

Em teoria quântica de campos, uma constante de acoplamento e uma carga são diferentes, mas possuem noções parecidas. A constante de acoplamento ajusta a magnitude da interação das forças, por exemplo, na eletrodinâmica quântica, a constante de estrutura fina é uma constante de acoplamento. A carga na teoria de calibre tem de fazer com o caminho que uma partícula se transforma sob a simetria de calibre; ex. sua representação sob o grupo calibrico. Por exemplo, o eletrón tem carga -1 e o pósitron tem carga +1, implicando que a transformação calíbrica tem efeitos opostos nelas em algum sentido. Especificamente, se uma transformação calíbrica ϕ(x) é aplicada em eletrodinâmica, então uma encontra (usando tenso de índice de intensidade):  

A_\mu \rightarrow A_\mu + \partial_\mu \phi(x), \psi \rightarrow \exp[iQ\phi(x)]\psi e \bar{\psi} \rightarrow\exp[-iQ\phi(x)]\bar{\psi}.  

onde A_\mu é o campo do fóton e ψ é o campo do elétron com Q = -1 (uma barra sobre ψ denota uma anti-partícula - o pósitron). Como a QCD é uma teoria não-abeliana, as representações, e assim, as cargas de cores, são mais complexas. Elas serão tratadas na próxima seção.   

Campos de quark e glúon e cargas de cor  [editar | editar código-fonte]

O padrão de cargas fortes em três cores para os quarks, os antiquarks e oito para glúons (com dois de carga zero sobrepostos, na origem).

Em QCD o grupo calibre é o grupo não-abeliana SU(3). O acoplamento em funcionamento está geralmente indicado por \alpha_s. Cada sabor de quark pertence à representação fundamental (3) e contém um tripleto de campos em conjunto, denotados por ψ. O campo antiquark pertence à representação do complexo conjugado (3*) e também contém um tripleto de campos. Podemos escrever{\displaystyle \psi = \begin{pmatrix} \psi_1 \\ \psi_2 \\ \psi_3 \end{pmatrix}}e{\displaystyle \bar\psi = \begin{pmatrix} \bar\psi_1^* \\ \bar\psi_2^* \\ \bar\psi_3^* \end{pmatrix}}  

O glúon contém um octeto de campos (ver campo do glúon), e pertence à representação adjunta (8), e pode ser escrito usando as matrizes de Gell-Mann como{\displaystyle A_\mu = A_\mu^a\lambda_a}(há um somatório implícito de a = 1, 2, ..., 8). Todas as outra partículas pertencem a representação trivial (1) da cor SU(3). A cor de cada um desses campos está completamente especificada pelas representações. Os quarks tem uma carga vermelha, verde ou azul, enquanto os anti-quarks tem uma carga de cor anti-vermelho, anti-verde ou anti-azul. Glúons tem uma combinação de duas cargas de cor (um vermelho, verde ou azul, e um antivermelho, antiverde e antiazul) em uma superposição de estados dada pelas matrizes de Gell-Mann. Todas as outras partículas tem carga de cor zero. Matematicamente falando, a carga de cor de uma partícula é o valor de um determinado operador quadrático de Casimir na representação da partícula.  

Na linguagem simples introduzida previamente, os três índices "1", "2" e "3" no tripleto quark acima são geralmente identificados com as três cores. A linguagem de cores falha no seguinte ponto. Um medidor de transformação em cor SU(3) pode ser escrito como ψ → Uψ, onde U é uma matriz 3 x 3, que pertence ao grupo SU(3). Assim, após a transformação de calibre, as novas cores são combinações lineares das cores antigas. Em resumo, a linguagem simplificada introduzida antes não é uma invariância de calibre.  

A carga de cor é conservada, mas a escrituração envolvida neste processo é mais complicada do que apenas adicionar as cargas, como é feito na eletrodinâmica quântica. Uma maneira simples de fazer isso é olhar para o vértice de interação na QCD e substituí-lo por uma representação de linhas de cor. O significado vem a seguir. Vamos usar ψi para representar o componente i-th de um campo de quark (vagamente chamado de cor i-th). A cor de um glúon de uma forma semelhante é dada por A, que corresponde à particular matriz de Gell-Mann que está associada. Esta matriz tem índices i e j. Essas são as etiquetas de cores no glúon. No vértice da interação, um tem qi → gi j + qj. A representação de linhas de cor acompanha esses índices. A conservação de carga de cor significa que as extremidades destas linhas de cor devem ser, tanto no estado inicial ou final, de forma equivalente, que não haja linhas de ruptura no meio de um diagrama.

3gluon.png

Uma vez que glúons transportam carga de cor, dois glúons podem também interagir. Uma típica interação de vértice (chamado de vértice três glúon) para glúons envolve g + g → g. Isso é mostrado aqui, junto com sua representação de linhas de cor. Os diagramas de linhas de cor podem ser reapresentadas em termos de conservação de leis de cor. No entanto, como observado anteriormente, esta não é uma linguagem de invariância de calibre. Nota-se que em uma típica teoria de calibre não-abeliana, o bóson de calibre transporta a carga da teoria, e por isso tem interações desse tipo; por exemplo, o bóson W na teoria eletrofraca. Nessa teoria, o bóson W também transporta carga elétrica, e dessa forma interage com um fóton.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Notas[editar | editar código-fonte]

Esse artigo é uma versão traduzida de Color charge. A tradução foi feita através da plataforma Duolingo, com a ajuda dos usuários LeoGardini, RuanGeorge1, tuppencee_, cghenrique, Renan_Finn, mariellydebrito, VitoLepeque, rodrigoaraujom e silas3000.

Referências

  1. Feynman, Richard (1985), QED: The Strange Theory of Light and Matter, Princeton University Press, p. 136, ISBN 0-691-08388-6, "The idiot physicists, unable to come up with any wonderful Greek words anymore, call this type of polarization by the unfortunate name of 'color,' which has nothing to do with color in the normal sense." 
  2. Close (2007)
  3. R. Penrose (2005). The Road to Reality. Vintage books. p. 648. ISBN 978-00994-40680.
  4. R. Resnick, R. Eisberg (1985), Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles (2nd ed.), John Wiley & Sons, p. 684, ISBN 978-0-471-87373-0
  5. Parker, C.B. (1994), McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.), Mc Graw Hill, ISBN 0-07-051400-3
  6. M. Mansfield, C. O’Sullivan (2011), Understanding Physics (4th ed.), John Wiley & Sons, ISBN 978-0-47-0746370

Leitura complementar[editar | editar código-fonte]

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  • Georgi, Howard (1999), Lie algebras in particle physics, Perseus Books Group, ISBN 0-7382-0233-9.  
  • Griffiths, David J. (1987), Introduction to Elementary Particles, New York: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-60386-4.  
  • Christman, J. Richard (2001), "Colour and Charm" (PDF), Project PHYSNET document MISN-0-283 External link in |work= (help).  
  • Hawking, Stephen (1998), A Brief History of Time, Bantam Dell Publishing Group,ISBN 978-0-553-10953-5.  
  • Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion, Taylor & Francis, ISBN 1-58488-798-2.
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