Asymptotische Freiheit - Qualitative Erklärung

Um die asymptotische Freiheit zu verstehen, müssen Sie sich des Konzepts der Renormierung bewusst sein. Da Sie eine qualitative Beschreibung wünschen, denken Sie einfach an die Renormierung, eine Modifikation der Kopplungsstärken und Massen von Teilchen bei hohen Energien. Das ist ungefähr so, als würde man einen Ball durchs Wasser schieben; Je stärker Sie drücken, desto mehr klebt das Wasser daran und desto schwieriger ist es, sich zu bewegen. Dies kann mit Newtons 2. Gesetz modelliert werden$F=ma$indem die Masse durch eine etwas größere Masse ersetzt wird$m+\delta m$, und das$\delta m$hängt von der Geschwindigkeit des Balls im Wasser ab.

(Diese Diskussion findet sich in Abschnitt 3.2 von Connes und Marcolli, "Noncommutative Geometry, Quantum Fields and Motives")

Sobald Sie das Konzept der Renormierung haben, ist asymptotische Freiheit eine Eigenschaft, die die starke Kraft hat, wenn Sie die Kopplungskonstante auf hohe Energie skalieren. Anstatt dass die Kopplung stärker wird, wird sie schwächer. Dies hat große Konsequenzen für das Confinement – ​​also gebundene Quarks. Bei niedrigen Energien sind Quarks in gebundenen Zuständen für immer gebunden – es wird immer schwieriger, sie auseinander zu ziehen, je weiter man sie auseinanderzieht. Bei ausreichend hohen Energien (z. B. Kollision zweier Protonen bei 7 TeV wie beim LHC) wird die Quarkkopplung klein und Quarks sind im Wesentlichen frei und ungebunden. Es sollte leicht zu erkennen sein, wie dies den Querschnitt verändern würde.

Als Nebenbemerkung ist nur die starke Kraft asymptotisch frei. Die E/M und die schwache Kraft werden stärker, wenn die Energie höher wird. Darüber hinaus ist es wichtig zu erkennen, dass wir Probleme mit der starken Kraft bei niedrigen Energien nicht lösen können (wenn Sie könnten, würde Ihnen das Clay Mathematics Institute 1 Million Dollar geben!). Sobald sie bei hohen Energien sind, ist die starke Kopplung schwach, sodass QCD ziemlich ähnlich wie QED wirkt.