Electrodinámica Cuántica y Cromodinámica Cuántica

-.QED y QCD.-
(documento temporal, todavía tengo que añadir fotos)  

QED

Para empezar explicando la electrodinámica cuántica (QED), empezemos atendiendo al proceso electromagnético mas sencillo, el llamado en la teoría clásica como la repulsión de Coulomb, o como colisión de Moller en el campo de la QED (quantum electrodynamics).

En este proceso*, dos partículas de carga e+ (flecha a derechas) y e- (flecha a izquierdas), en nuestro caso electrones, entran en “contacto” y uno de los dos electrones emite un fotón mientras que el otro lo absorbe (para nuestro caso da igual cual de los dos electrones emite y cual absorbe). Si consideramos el diagrama, obtendríamos algo similar a:

DIBUJO 1
(tener en cuenta que las flechas asignadas a las particulas, no representan trayectorias reales)

No es de extrañar, que estamos también capacitados para realizar el proceso “girado”, en el cual el positrón y el electrón se aniquilan para formar un fotón, que más tarde volverá a producir otro par positrón-electrón diferente del original. Este proceso es conocido clásicamente como atracción de Coulomb, o como colisión Bhabba.

DIBUJO 2

Así pues, realizar los procesos tanto de la producción “e- + e+→ γ + γ”, como de la aniquilación “γ + γ → e- + e+“, o el conocidísimo efecto Compton “e- + γ → e- + γ”.

DIBUJO 3

Con el uso de mas vertices estamos capacitados de completar un gran abanico de procesos, y esto nos podría llevar a un proceso infinito en la creación de un diagrama, pero teniendo en cuenta que cada vértice introduce un factor α = 1/137 (conocida como constante de estructura fina). Debido a que esta es menor que la unidad, deducimos que para diagramas en los que tenemos la contribución de muchos vértices, entonces estos contribuyen cada vez menos, y que falicitando pueden ser ignorados si interesa.

Notar que no es posible obtener el proceso  “e- → e- + γ” debido a que estaría cinemáticamente prohibido.

Tener en cuenta que en el sistema ref. CM el electrón incidente estaría en reposo, por lo que su energía sería, E=mc2, y la creación de un e- mas un fotón implica que la energía sea mucho mayor que la energía del electrón incidente (E=mc2).
QCD 

Para facilitar la comprensión de la terrorífica palabra cromodinámica cuántica, (quantum chromodynamics) intentaremos hacer una analogía de esta con la QED.
Al igual que en QED, donde teníamos el proceso básico, en QCD nos encontramos ahora de nuevo en un proceso muy parecido, en el cual:

QED “e- → e- + γ”
QCD “q → q + g” 

Vemos como el papel que jugaba el electrón pasa a ser jugado por el quark, mientras que el papel del fotón (mediador de la interacción electromagnética) pasa a ser jugado por el del gluón (mediador de la interacción nuclear fuerte). Por otro lado, el electrón tenía una carga intrínseca, mientras que el quark tiene un “color”, por lo que el papel de la carga será jugado por el “color”.
Combinando mas vértices seremos capaces de obtener procesos tales como 

En el proceso básico de la QCD, el color de un proceso debe cambiar, y debido a que el color de un proceso se debe conservar, obtenemos que el gluón (que es el mediador de este proceso) es “portador de DOS colores”, mas concretamente su diferencia. Esto es:

“q (rojo) → q (azul) + g (rojo, anti-azul)” 

De aquí empezamos a observar diferencias entre la QED y la QCD.

  1. Los únicos 2 tipos de cargas que teníamos (positivo o negativo) son sustituidos por tres tipos de colores con sus correspondientes “anti-colores”, en total 6.
  2. Mientras el mediador en la QED, el fotón, no es portador de carga (neutro), el gluón, mediador en la QCD está “equipado” de dos colores.
  3. Como consecuencia de que el gluón tiene color, es posible obtener vértices de gluones, mientras que en fotones está totalmente prohibido.
  4. Si en QED, muchos vértices podían ser ignorados, debido a que la constante de estructura fina era menor a 1. Ahora, la constante de estructura es mayor que uno, y los vértices contribuyen cada vez más. (Además se demostró que esta constante no es en realidad constante, sino que depende de la distancia entre las partículas que interactúan)

*: Todo proceso electromagnético puede ser reducido a el siguiente proceso:

DIBUJO

donde un electrón entra, absorve o emite un fotón y sale.

2010
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Física de partículas
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Procesos nucleares. Conservación:

Por todos sabemos, que cualquier proceso nuclear, puede llegar a ser un poco tedioso, en cuanto nos disponemos a ver si este proceso puede ser llevado a cabo, debido a que tenemos mil y un aspectos que tratar. Este post, tiene el objetivo de facilitar, y mostrar con un poco más de claridad, que conservables hemos de tratar en que situaciones, y crear unas pautas de conservación en procesos nucleares:

  1. Carga: En todas nuestras interacciones, la carga final e inicial se debe  conservar. En el caso que estemos tratando con interacciones débiles, entonces podemos encontrar el problema que el e-, o quark que resulta tras el proceso no conserve dicha cantidad. pero debemos observar, que la interacción débil, puede estar mediada por dos tipos de mediadores, a saber, o bien W, el cual posee una carga, o bien el mediador neutro Z, así que es necesario tener el cuenta el mediador W.

    Conservación de la carga en interacción débil

     

  2. Color: Para estudiar la conservación del color, debemos decir que este sólo afecta a la interacción fuerte. Además el color en una interacción fuerte cambiará, pero hemos de tener en cuenta que el gluón, contrarestará tal cambio, puesto que este los gluones son “bicolor” (esto significa que los gluones pueden interactuar con ellos mismos).

    Conservación del color en interacción fuerte

  3. Número bariónico: Involucra a todos aquellos vértices que contienen quarks, y mantiene constante el número de quarks entrantes y salientes. Así pues hablaremos o bien de bariones y antibariones (con número quarks 3 o -3) o de mesones (los cuales poseen número quarks 0). Para los estudios, es normalmente más conveniente utilizar, el número bariónico, que para bariones es 1 y para antibariones es -1 (para cualquier otro es cero). Además es fácil demostrar que el número bariónico es 1/3 del número quark.

    Conservación del número bariónico

  4. Número leptónico: en procesos electromagnéticos, en los que el mediador es un fotón, el número leptónico se debe conservar, esto es el número total leptónico de las partículas entrantes, debe ser igual al número total leptónico de las particulas salientes.

    Conservación del número leptónico

  5. Sabor: Al igual que en pasos anteriores, tenemos un nuevo parámetro que se conserva, pero éste sólo es válido mientras tratemos con fuerzas electromagnéticas o fuertes, cuando tratemos con la interacciones débiles, esta conservación empieza a cambiar.
    Tenemos 6 tipos de quarks, estos son conocidos como sabores, a saber: up, down, charm, strange, top, botton. Debemos tener en cuenta también que para cada tipo de sabor, le correonde su antipartícula, o también conocido como antiquark (se diferencian de los quarks, solo en que algunas de sus propiedades cambian a signo opuesto). Debido a que cada quark tiene un sabor, y este sabor debe estar “aproximadamente” (y digo  conervar, por lo que veremos más adelante en próximas entradas) conservado, por lo que “no” podremos perder los sabores (si se podrá perder los sabores para la interacción débil).
    Por tanto en desintegraciones con interacción fuerte, será posible predecir con exactitud, que particulas produciremos, esto no ocurre así para procesos con interacción débil. Un ejemplo puede ser por ejemplo, la transformación de un quark down a uno de tipo up, representado por la conocida desintegración beta de un neutrón. 

    Cambio del sabor para interacción débil.

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