A Interação Entre Quarks: Liberdade Assintótica

Como vimos na seção anterior, a interação eletromagnética se faz entre cargas elétricas que trocam fótons e a interação forte entre cargas de cor que trocam glúons. No entanto, há uma diferença entre estas interações: à medida que cargas elétricas se aproximam, a interação fica mais forte, ao passo de que à medida que cargas de cor se aproximam, a interação fica mais fraca. A este fenômeno damos o nome de liberdade assintótica.

Esta propriedade foi descoberta por Wilczek, Gross e Politzer em 1973 e foi o motivo dos seus prêmios Nobel em 2004. Tal característica vem do fato que glúons carregam cor, ao contrário dos fótons que não tem carga elétrica. A animação abaixo, por exemplo, mostra um quark vermelho dentro de um nêutron emitindo um glúon vermelho/antiverde e se transformando num quark verde.

Confinamento de Cor
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Neutron_QCD_Animation.gif

Atualmente, a propriedade da liberdade assintótica está muito bem comprovada experimentalmente. Observe o gráfico abaixo. Ele mostra a variação da constante de acoplamento αs em relação à energia do sistema. Note que a energia cresce da esquerda para a direita e a distância entre o quark e o antiquark decresce da esquerda para a direita (essa última informação não está presente no gráfico). A constante de acoplamento, em termos bem simplificados, é um número (relacionado à força forte) que demonstra o quão fortemente ligados estão dois elementos de um sistema, por exemplo, quarks e antiquarks.

Gráfico
A curva vermelha do gráfico simboliza a previsão teórica do fenômeno. Os pontos azuis e verdes são as medições feitas em laboratório com suas incertezas (as barras verticais) Fonte: CERN Courier, novembro de 2004

No gráfico pode-se ver que 1) de fato αs descresce se a energia cresce ou a distância decresce, 2) dados e teoria estão em bom acordo (os cálculos teóricos são feitos usando a chamada cromodinâmica quântica pertubativa ou pQCD e só valem se αs é pequena).

Em síntese, quando quarks estão muito próximos, se comportam como se fossem livres (liberdade assintótica), diferente da interação eletromagnética e gravitacional.

Para saber mais sobre liberdade assintótica e confinamento, veja os sites: QCD Made Simple, Asymptotic Freedom: From Paradox to Paradigm e Palestra de Frank Wilczek pelo recebimento do prêmio Nobel.