Притяжение кварка и антикварка ослабло в сильном магнитном поле
Используя решеточную модель квантовой хромодинамики, итальянские теорфизики выяснили, что натяжение струны между парой кварк-антикварк уменьшается на порядок при наложении магнитного поля порядка девяти гигаэлектронвольт в квадрате вдоль оси частиц. Если это же поле включить перпендикулярно оси частиц, натяжение увеличивается в полтора раза, достигая насыщения. При этом трубка глюонного поля между частицами расширяется и сжимается, теряя цилиндрическую симметрию. Дальнейшие исследования в случае более сильных магнитных полей могут выявить критическое значение поля, при котором натяжение между кварками вовсе исчезает, пишут ученые в Physical Review D.
Кварки — элементарные составляющие адронов — при помощи глюонов участвуют в сильном взаимодействии, а квантовая хромодинамика (КХД) — калибровочная теория, которая эти взаимодействия описывает. В этой теории кварки несут один из трех цветовых зарядов, а глюоны этот заряд могут менять. Долгое время явные вычисления в КХД можно было делать только в приближении слабой связи, то есть в области высоких энергий частиц, поскольку иначе теория перестает быть непрерывной. Чтобы избежать последнего, Кеннет Вильсон (Kenneth Wilson) предложил заменить пространство-время дискретной решеткой точек, а калибровочно-инвариантные переменные построить с помощью натянутых на узлы решетки петель, названных в его честь.
В полученной приближенной теории можно наблюдать конфайнмент кварков: в свободном виде существуют лишь бесцветные комбинации кварков — мезоны (кварк-антикварк) и барионы (три кварка разных цветов). Попытки разделить мезон на кварк и антикварк приводят к образованию между частицами трубки хромоэлектрического потока (струны). Поскольку эта трубка имеет постоянную плотность энергии и радиус, энергия, необходимая для разнесения частиц растет как расстояние между ними. По мере увеличения расстояния глюонному полю становится выгодно породить пару кварк-антикварк, которая образует с исходными частицами два мезона — процесс, называемый адронизацией.
Однако ученые сомневаются в том, что кварки всегда подвержены конфайнменту. Исследование 2016 года показало, что наложение магнитного поля в один гигаэлектронвольт в квадрате (порядка 26 тысяч тератесла) уменьшает притяжение между парой кварк-антикварк на 15 процентов. Экстраполируя этот результат на более сильные поля, авторы предположили существование критического поля выше четырех гигаэлектронвольт в квадрате (порядка десятка тысяч тератесла), при котором притяжение полностью исчезает и конфайнмент кварков нарушается. И хотя подобные магнитные поля не только недостижимы на данный момент (максимальное рукотворное магнитное поле не превышает 2800 тесла),