¿Qué es una explicación intuitiva de la teoría efectiva del quark pesado? La Ciencia y la Tecnología mejoran el futuro

La idea central del HQET es tan simple que puede describirse sin referencia a una sola ecuación. Y debería resultar útil referirse de nuevo a la noción intuitiva simple, que se presentará a continuación, siempre que el formalismo y las ecuaciones correspondientes se vuelvan abstrusas.

El HQET es útil cuando se trata de hadrones compuestos de un quark pesado y cualquier número de quarks ligeros. Más precisamente, los números cuánticos de los hadrones no tienen restricciones en cuanto a isospin y extrañeza, pero son ± 1 para el número B o C. En lo que sigue nos referiremos (imprecisamente) a estos como ‘hadrones pesados’.

Los éxitos del modelo de quark constituyente indican el hecho de que, dentro de los hadrones, los quarks fuertemente unidos intercambian un impulso de magnitud de unos pocos cientos de MeV. Podemos pensar en la cantidad típica Λ por la cual los quarks están fuera del caparazón en el nucleón como Λ ≈ mp / 3 ≈ 330MeV. En un hadron pesado se puede importar la misma intuición, y nuevamente el quark (s) ligero (s) está (n) muy lejos, por una cantidad de orden an. Pero, si la masa MQ del quark pesado Q es grande, MQ ≫ Λ, entonces, de hecho, este quark está casi en caparazón. Además, las interacciones con el quark light (s) cambian típicamente el impulso de Q en Λ, pero cambian la velocidad de Q en una cantidad insignificante, del orden de Λ / MQ ≪ 1. Por lo tanto, tiene sentido pensar que Q se mueve con velocidad constante, y esta velocidad es, por supuesto, la velocidad del hadron pesado.

En el marco de descanso del hadron pesado, el quark pesado está prácticamente en reposo. El quark pesado actúa efectivamente como una fuente estática de gluones. Se caracteriza por su sabor y color: números cuánticos SU (3), pero no por su masa. De hecho, dado que las interacciones spin-flip con Q son del tipo de transiciones de momento magnético, y estas implican un factor explícito de gs / MQ, donde gs es la constante de acoplamiento de interacciones fuertes, el número cuántico de espín se desacopla en el caso MQ grande Por lo tanto, las propiedades de los hadrones pesados son independientes del giro y la masa de la fuente de color pesada.

El HQET no es más que un método para dar a estas observaciones una base formal. Es útil porque proporciona un procedimiento para hacer cálculos explícitos, pero lo que es más importante, convierte la afirmación ‘MQ es grande’ en una expansión perturbativa sistemática en potencias de Λ / MQ. Cada orden en esta expansión involucra QCD a todas las órdenes en el acoplamiento fuerte, gs. Además, la declaración de independencia de masa y espín de las propiedades de los hadrones pesados aparece en el HQET como simetrías internas aproximadas del lagrangiano.

Por lo tanto, también se aplica igualmente a un sistema muy familiar y bastante diferente: el átomo. El núcleo del quark pesado es jugado por el núcleo, y el de los grados ligeros de libertad por los electrones (y el campo electromagnético) 1. Que diferentes isótopos tengan las mismas propiedades químicas simplemente refleja la independencia de la masa nuclear de la función de onda atómica. Los átomos con espines nucleares son 2s + 1 degenerados; esta degeneración se rompe cuando se tiene en cuenta la masa nuclear finita, y la división hiperfina resultante es pequeña porque la masa nuclear es mucho más grande que la energía de unión (que juega el rol de Λ). No es sorprendente que, usando la independencia MQ, las propiedades de los mesones B y D estén relacionadas, y usando la independencia de espín, las de los mesones B y B ∗ también están relacionadas.