Confinamiento del color

La fuerza de color asocaida al campo gluónico de Yang-Mills de la cromodinámica cuántica produce el confinamiento por una razón aparentemente sencilla, a partir de cierta distancia es más favorable energéticamente calcular un par quark-antiquark que seguir elongando un tubo de flujo de color asociado al campo gluónico.

El confinamiento del color (o simplemente confinamiento) es una propiedad de las partículas elementales que poseen una carga de color : estas partículas no pueden estar aisladas y se las observa únicamente con otras partículas de tal manera que la combinación formada sea blanca, esto es que su carga de color total sea nula. Esta propiedad está en el origen de la existencia de los hadrones.

Descripción fenomenológica

El fenómeno de confinamiento está ligado a la propiedad de libertad asintótica de las interacciones fuertes que actúan sobre las partículas que poseen una carga de color. Los acoplamientos debidos a otras interacciones fundamentales (electromagnéticas, interacción débil y gravitación) disminuyen con la separación, y pueden descartarse para una separación grande. Para las interacciones fuertes, el acoplamiento entre partículas con color aumenta con la distancia, de manera aproximadamente lineal para separaciones grandes. Esto se interpreta como la formación de un tubo de flujo entre las partículas por los gluónes. La energía del tubo de flujo aumenta con la separación, hasta el momento que sea lo suficientemente grande para formar un par quark-antiquark. Fenomenologicamente, se considera entonces que el tubo está roto y que nuevos tubos se forman entre los quarks presentes.

Si un conjunto de quarks globalmente blancos (sin color) se forma de esta manera, cesa de interaccionar con el resto del sistema y forme un estado ligado llamado hadrón. Los quarks al interior de los hadrones están ligados por tubos de flujo entre ellos pero no con el resto del sistema; contrariamente a los quarks, los hadrones forman estados asintóticos que interaccionan débilmente a grandes distancias.

El proceso de ruptura de los tubos de flujo se repite hasta que todos los quarks producidos son reunidos en hadrones. El conjunto del proceso se denomina hadronización.

Aspectos teóricos

A pesar de estas consideraciones intuitivas, no existe por ahora ninguna prueba formal que el confinamiento sea una característica de la QCD. Esto resulta del hecho que el confinamiento es un fenómeno de un alto acoplamiento donde dominan los efectos no-perturbativos.

De hecho, una diferencia esencial entre los gluones y los fotones, es que los gluones tienen carga de color y pueden interaccionar entre ellos, frente a los fotones que al no poseer carga eléctrica no interaccionan entre sí. Esa diferencia crucial se supone es lo que hace que la interacción electromagnética tenga un alcance potencialmente infinito frente al muy corto alcance de la interacción fuerte.

Sin embargo, no ha podido probarse rigurosamente si la capacidad de interacción de los gluones entre sí podría explicar todos los detalles del confinamiento.