Transparencia del color

La transparencia de color ^{[ 1 ] [ 2 ]} es un fenómeno observado en la física de partículas de alta energía , donde los hadrones (partículas formadas por quarks como un protón o mesones ) creados en un núcleo se propagan a través de él con menos interacción de la esperada. Esto sugiere que los hadrones se crean inicialmente con un tamaño pequeño en el núcleo y luego crecen hasta alcanzar su tamaño nominal. Aquí, el color se refiere a la carga de color , la propiedad de los quarks y gluones que determina la intensidad de su interacción a través de la fuerza nuclear fuerte .

La transparencia del color también se conoce como "filtrado de color", "coherencia del color" o "neutralidad del color".

La transparencia del color surge del comportamiento de los quarks dentro de los hadrones . Estos quarks se mantienen unidos por la interacción fuerte , mediada por gluones . ^{[ 3 ]} A altas energías, cuando un hadrón de alta energía —o, más generalmente, un objeto singlete de color— interactúa con un núcleo , puede propagarse en él con menos dispersión de la esperada. Esta dispersión reducida, o transparencia, se atribuye al hecho de que, poco después de la creación del hadrón, la nube de gluones que rodea a los quarks es más compacta; es decir, el tamaño efectivo del objeto singlete es pequeño, lo que conduce a una interacción reducida. Este efecto se observa en experimentos que involucran la dispersión de electrones de alta energía en núcleos, donde la transparencia aumenta con la energía creciente de las partículas incidentes, o más precisamente con la transferencia de cuadrimomento.${\displaystyle Q}$entre el haz de partículas aceleradas y el núcleo objetivo.

La transparencia del color se interpreta como la creación de configuraciones puntuales (PLC), también llamadas configuraciones de tamaño pequeño (SSC) o eyectables , que son de color único y de radio${\displaystyle r\sim \hbar /Q}$, dónde${\displaystyle \hbar }$es la constante de Planck reducida . El radio es pequeño porque los quarks están cerca unos de otros, lo que hace que sus campos de color externos se cancelen, de forma similar a como el campo eléctrico de un dipolo eléctrico se desvanece a distancias mucho mayores que el tamaño del dipolo. Si la energía-momento del PLC/SSC/eyección es suficientemente alta, no tiene tiempo de expandirse a su tamaño nominal (por ejemplo, alrededor de 0,8 fm si el PLC/SSC se convierte en un protón) mientras se propaga en el núcleo objetivo, lo que resulta en que lo atraviese sin impedimentos. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La interpretación anterior está en el lenguaje partónico , que utiliza quarks y gluones como grados de libertad . Debido a la dualidad quark-hadrón , o dualidad partón-hadrón , ^{[ 6 ]} lo que significa que todas las predicciones de QCD pueden expresarse utilizando una base hadrónica, la transparencia de color también puede describirse utilizando grados de libertad hadrónicos . En ese caso, el eyecto, aunque no es un hadrón (es decir, no es un autoestado del hamiltoniano de QCD a pesar de ser un singlete de color), puede representarse como una superposición de hadrones. Dicho estado de superposición tiene un tamaño menor que cada hadrón individual. A medida que el eyecto se propaga en el núcleo, todos los estados hadrónicos que lo constituyen, excepto uno, se filtran por la interacción del eyecto con los nucleones en el núcleo. El estado hadrónico restante corresponde al hadrón producido finalmente en la reacción. El filtrado de los otros estados ocurre después de un tiempo de formación típico.${\displaystyle \tau _{f}}$. Si la distancia${\displaystyle c\tau _{f}}$es mayor que el tamaño del núcleo, entonces no se produce filtrado en el núcleo, el eyectado mantiene su pequeño tamaño y se propaga prácticamente sin obstáculos. ^{[ 7 ]} Esta es la transparencia del color descrita con grados de libertad hadrónicos.

El fenómeno se ha observado en varios experimentos, incluido el experimento E791 en Fermilab . El experimento se llevó a cabo desde junio de 1988 hasta enero de 1992 y colisionó piones de alta energía (500 GeV) con núcleos de carbono y platino . El experimento observó evidencia de transparencia de color en la producción de mesones vectoriales , como${\displaystyle \rho }$y${\displaystyle \phi }$mesones. ^{[ 8 ]} Otros experimentos que observaron evidencia de transparencia de color incluyen el experimento E665, también en Fermilab, ^{[ 9 ]} el experimento HERMES en DESY , ^{[ 10 ]} los experimentos E01-107 ^{[ 11 ]} y E02-110 ^{[ 12 ]} en Jefferson Lab .

La señal experimental para la transparencia del color es la "transparencia nuclear", definida como la relación entre la sección transversal nuclear por nucleón y la de un nucleón libre. La transparencia del color predice entonces un aumento de la transparencia nuclear con${\displaystyle Q}$.

La transparencia del color es importante porque proporciona información valiosa sobre la interacción fuerte . De hecho, la transparencia del color es una predicción de la teoría cuántica de campos de la fuerza fuerte, la cromodinámica cuántica (QCD). ^{[ 1 ]} Además, la transparencia del color tiene implicaciones para la física nuclear y la estructura de los núcleos atómicos. Al estudiar cómo interactúan las partículas con los núcleos a altas energías, se aprende más sobre las distribuciones de quarks y gluones dentro de los nucleones y cómo se ven afectadas por el entorno nuclear circundante. La modificación notable de estas distribuciones por el entorno nuclear se conoce como el efecto EMC y es, a partir de 2024, un campo de investigación dinámico en física de partículas y nuclear. ^{[ 13 ]}

• Descripción pedagógica de una página sobre la transparencia del color.
• Sobre la transparencia del color, BK Jennings y GA Miller, Phys.Lett.B 236 (1990) 209-213
• Transparencia del color: El porqué y el cómo, BK Jennings, GA Miller, Phys. Rev. D 44 (1991) 692-703, Phys. Rev. D44 (1991) 692-703
• Transparencia del color: pasado, presente y futuro, D. Dutta, K. Hafidi y M. Strikman, Prog. Part. Nucl. Phys. 69, 1 (2013) [arXiv:1211.2826 [nucl-th]] .