La cromodinamica quantistica

Sarei interessato a conoscere a quale punto si è giunti nella formulazione della teoria della cromodinamica quantistica (QCD) alla luce degli ultimi sviluppi inerenti la fisica subnucleare.

Alessandro Casati
5 dicembre 2001
Esiste attualmente evidenza sufficiente per dire che la cromodinamica quantistica (QCD) è la corretta teoria delle interazioni adroniche: numerosi fenomeni che comportano grandi valori dei momenti trasferiti, cioè distanze piccole rispetto alla scala adronica (10-13 cm), sono quantitativamente spiegabili con quella che si chiama "formulazione perturbativa" della QCD.

Meno dettagliata è la comprensione dei fenomeni che coinvolgono distanze confrontabili o maggiori della scala adronica perché per essi la formulazione tradizionale della teoria basata sullo sviluppo perturbativo perde validità. A queste distanze l'analisi è prevalentemente fatta simulando la teoria con metodi numerici con l'uso di supercalcolatori. Anche qui la validità della teoria è confermata.

In particolare un fenomeno di grandi distanze è attualmente in corso di investigazione sia dal punto di vista della teoria sia con esperimenti di collisione tra nuclei pesanti ad altissima energia: la decomposizione ad alta temperatura degli adroni nei loro costituenti fondamentali (quarks e gluoni), fenomeno noto come deconfinamento del colore. Le simulazioni numeriche prevedono questo fenomeno, e forniscono anche informazioni sul meccanismo.

Nel prossimo futuro gli esperimenti in corso a Brookhaven (USA) e quelli del Large Hadron Collider (LHC) al CERN porteranno forse all'osservazione del deconfinamento. Il forse si riferisce in particolare alle difficoltà sperimentali: in queste collisioni la temperatura necessaria a deconfinare viene raggiunta in piccolissime regioni della zona di collisione, e il segnale corrispondente può essere oscurato dal grande numero di particelle (qualche migliaio) che vengono emesse dalle regioni più fredde, dove non c'è deconfinamento.

In conclusione si può dire, nel linguaggio della filosofia della scienza, che la QCD è una teoria con alto grado di attendibilità anche se molti progressi possono essere ancora fatti sia nella formulazione teorica sia nell'osservazione sperimentale.

Di Giacomo Adriano Dipartimento di Fisica, Università di Pisa e INFN

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