حصر الألوان

في الديناميكا اللونية الكمومية (QCD)، يُعرف حصر اللون أو استعباد الأشعة تحت الحمراء ^{[ 1 ] : 1125} بظاهرة عدم إمكانية عزل الجسيمات المشحونة لونيًا (مثل الكواركات والغلوونات ) ، وبالتالي عدم إمكانية رصدها مباشرةً في الظروف العادية عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة هاغيدورن التي تبلغ حوالي 2 تيرا كلفن (ما يعادل طاقات تتراوح بين 130 و140 ميغا إلكترون فولت لكل جسيم). ^{[ 2 ] [ 3 ]} تتجمع الكواركات والغلوونات معًا لتكوين الهادرونات . النوعان الرئيسيان من الهادرونات هما الميزونات (كوارك واحد وكوارك مضاد واحد) والباريونات ( غالبًا ثلاثة كواركات أو ثلاثة كواركات مضادة، مع وجود أنواع أخرى غريبة ). بالإضافة إلى ذلك، تتوافق كرات الغلوونات عديمة اللون ، المتكونة من الغلوونات فقط، مع الحصر، على الرغم من صعوبة تحديدها تجريبيًا. لا يمكن فصل الكواركات والغلوونات عن الهادرون الأصلي دون إنتاج هادرونات جديدة. ^{[ 4 ]}

لا يوجد حتى الآن برهان تحليلي على حصر اللون في أي نظرية قياس غير أبيلية . يمكن فهم هذه الظاهرة نوعيًا بملاحظة أن الغلوونات الحاملة للقوة في الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) تحمل شحنة لونية، على عكس الفوتونات في الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED). فبينما يتناقص المجال الكهربائي بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا بسرعة كلما ابتعدت هذه الجسيمات عن بعضها، يشكل مجال الغلوونات بين زوج من الشحنات اللونية أنبوب تدفق ضيقًا (أو خيطًا) بينهما. وبسبب هذا السلوك لمجال الغلوونات، تظل القوة النووية القوية بين الجسيمات ثابتة بغض النظر عن المسافة بينها. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

لذا، عند انفصال شحنتين لونيتين، يصبح من الأفضل طاقيًا ظهور زوج جديد من الكواركات ومضاداتها ، بدلًا من تمديد الأنبوب. ونتيجةً لذلك، عندما تُنتَج الكواركات في مسرعات الجسيمات، يرى العلماء، بدلًا من رؤية الكواركات منفردةً في الكواشف، " نفاثات " من جسيمات متعادلة اللون ( ميزونات وباريونات ) متجمعة معًا. تُسمى هذه العملية بالتكوين الهادروني ، أو التفتت ، أو كسر الأوتار .

تُعرَّف مرحلة الحصر عادةً بسلوك فعل حلقة ويلسون ، وهي ببساطة المسار في الزمكان الذي يرسمه زوج من الكواركات والمضادات الكواركية، يتكون عند نقطة ما ويفنى عند نقطة أخرى. في نظرية غير حصرية، يتناسب فعل هذه الحلقة مع محيطها. أما في نظرية حصرية، فيتناسب فعل الحلقة مع مساحتها. وبما أن المساحة تتناسب مع المسافة بين زوج الكواركات والمضادات الكواركية، فإن الكواركات الحرة تُقمع. يُسمح بوجود الميزونات في هذا التصور، لأن الحلقة التي تحتوي على حلقة أخرى ذات اتجاه معاكس لا تفصل بينهما سوى مساحة صغيرة. عند درجات حرارة غير صفرية، يكون عامل الترتيب للحصر عبارة عن نسخ حرارية من حلقات ويلسون تُعرف بحلقات بولياكوف .

مقياس الحصر أو مقياس الكروموديناميكا الكمية هو المقياس الذي يتباعد عنده ثابت الاقتران القوي المُعرَّف اضطرابيًا. يُعرف هذا بقطب لاندو . وبالتالي، يعتمد تعريف مقياس الحصر وقيمته على مخطط إعادة التطبيع المُستخدم. على سبيل المثال، في مخطط MS-bar وعند الحلقة الرابعة في تشغيل${\displaystyle \alpha _{s}}$، ويُعطى المتوسط ​​العالمي في حالة النكهات الثلاث بواسطة ^{[ 7 ]}

${\displaystyle \Lambda _{\overline {MS}}^{(3)}=(332\pm 17)\,{\rm {{MeV}\,.}}}$

عند حل معادلة مجموعة إعادة التطبيع بدقة، لا يكون المقياس محددًا على الإطلاق. لذلك، جرت العادة على ذكر قيمة ثابت الاقتران القوي عند مقياس مرجعي معين بدلاً من ذلك.

يُعتقد أحيانًا أن السبب الوحيد للحصر هو القيمة الكبيرة جدًا للاقتران القوي بالقرب من قطب لاندو . ويُشار إلى هذا أحيانًا باسم "الاستعباد بالأشعة تحت الحمراء" (مصطلح يُستخدم للتمييز بينه وبين " الحرية فوق البنفسجية "). إلا أن هذا الاعتقاد خاطئ، إذ أن قطب لاندو في الديناميكا اللونية الكمومية غير فيزيائي، ^{[ 8 ] [ 9 ]} ويتضح ذلك من خلال حقيقة أن موقعه على مقياس الحصر يعتمد بشكل كبير على مخطط إعادة التطبيع المُختار ، أي على اصطلاح مُحدد. وتشير معظم الأدلة إلى اقتران كبير نسبيًا، تتراوح قيمته عادةً بين 1 و3 ^{[ 8 ]،} وذلك تبعًا لاختيار مخطط إعادة التطبيع. وعلى عكس آلية " الاستعباد بالأشعة تحت الحمراء" البسيطة ولكن الخاطئة ، فإن الاقتران الكبير ليس سوى أحد مكونات الحصر اللوني، أما المكون الآخر فهو أن الغلوونات مشحونة لونيًا، وبالتالي يمكنها الانهيار في أنابيب غلوونية.

إضافةً إلى نظرية الكروموديناميكا الكمية في أربعة أبعاد مكانية-زمانية، يُظهر نموذج شوينجر ثنائي الأبعاد أيضًا خاصية الحصر. ^{[ 10 ]} كما تُظهر نظريات القياس الأبيلية المدمجة خاصية الحصر في بعدين وثلاثة أبعاد مكانية-زمانية. ^{[ 11 ]} وقد وُجدت خاصية الحصر في الإثارات الأولية للأنظمة المغناطيسية التي تُسمى سبينونات . ^{[ 12 ]}

إذا انخفض مقياس كسر التناظر الكهروضعيف ، فإن تفاعل SU(2) غير المكسور سيصبح في النهاية تفاعلًا مقيدًا. النماذج البديلة التي يصبح فيها SU(2) مقيدًا فوق هذا المقياس تتشابه كميًا مع النموذج القياسي عند الطاقات المنخفضة، ولكنها تختلف اختلافًا جذريًا فوق كسر التناظر. ^{[ 13 ]}

إلى جانب فكرة حصر الكواركات، ثمة احتمالٌ محتملٌ بأن الشحنة اللونية للكواركات تُحجب تمامًا بواسطة اللون الغلووني المحيط بها. وقد وُجدت حلولٌ دقيقةٌ لنظرية يانغ-ميلز الكلاسيكية SU(3) تُوفر حجبًا كاملًا (بواسطة حقول الغلوونات) للشحنة اللونية للكوارك. ^{[ 14 ]} مع ذلك، لا تأخذ هذه الحلول الكلاسيكية في الحسبان الخصائص غير البديهية لفراغ الكروموديناميكا الكمية . لذا، فإن أهمية حلول الحجب الغلووني الكامل هذه للكوارك المنفصل غير واضحة.