ग्लूऑन फ़ील्ड स्ट्रेंथ टेंसर

Further information: रिक्की कैल्कुलस, विशिष्ट एकात्मक समूह, and क्वांटम क्रोमोडायनेमिक्स

सैद्धांतिक कण भौतिकी में, ग्लूऑन फ़ील्ड स्ट्रेंथ टेंसर एक दूसरे क्रम का टेंसर फ़ील्ड है जो क्वार्कों के बीच ग्लूऑन इंटरैक्शन की विशेषता बताता है।

मजबूत अंतःक्रिया प्रकृति की मूलभूत अंतःक्रियाओं में से एक है, और इसका वर्णन करने के लिए क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत (क्यूएफटी) को क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) कहा जाता है। क्वार्क ग्लूऑन द्वारा मध्यस्थ अपने रंग आवेश के कारण मजबूत बल द्वारा एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। ग्लून्स में स्वयं रंग आवेश होता है और वे परस्पर परस्पर क्रिया कर सकते हैं।

ग्लूऑन फ़ील्ड स्ट्रेंथ टेंसर क्रोमोडायनामिकल एसयू (3) गेज समूह के सहायक बंडल में मूल्यों के साथ स्पेसटाइम पर एक रैंक 2 टेंसर फ़ील्ड है (आवश्यक परिभाषाओं के लिए वेक्टर बंडल देखें)।

कन्वेंशन

इस पूरे लेख में, लैटिन सूचकांक (आमतौर पर a, b, c, n) आठ ग्लूऑन रंग आवेशों के लिए मान 1, 2, ..., 8 लेते हैं, जबकि ग्रीक सूचकांक (आमतौर पर α, β, μ, ν) टाइमलाइक घटकों के लिए मान 0 लें और चार-वेक्टर और चार-आयामी स्पेसटाइम टेंसर के स्पेसलाइक घटकों के लिए 1, 2, 3 लें। सभी समीकरणों में, सभी रंगों और टेंसर सूचकांकों पर संक्षेपण कन्वेंशन का उपयोग किया जाता है, जब तक कि पाठ स्पष्ट रूप से यह नहीं बताता कि कोई योग नहीं लिया जाना है (जैसे कि "कोई योग नहीं")।

परिभाषा

परिभाषाओं के नीचे (और अधिकांश संकेतन) के. यागी, टी. हत्सुडा, वाई. मियाके और ग्रीनर, शेफ़र का अनुसरण करते हैं।

टेन्सर घटक

टेंसर को G, (या F, F, या कुछ प्रकार) से दर्शाया जाता है, और इसके घटक क्वार्क सहसंयोजक व्युत्पन्न D_μ के कम्यूटेटर के आनुपातिक रूप से परिभाषित होते हैं:

$G_{\alpha \beta }=\pm {\frac {1}{ig_{\text{s}}}}[D_{\alpha },D_{\beta }]\,,$

जहाँ:

$D_{\mu }=\partial _{\mu }\pm ig_{\text{s}}t_{a}{\mathcal {A}}_{\mu }^{a}\,,$

जिसमें

• i काल्पनिक इकाई है;
• g_s प्रबल बल का युग्मन स्थिरांक है;
• t_a = λ_a/2 गेल-मैन मैट्रिक्स हैं λ_a 2 से विभाजित;
• a SU(3) के आसन्न प्रतिनिधित्व में एक रंग सूचकांक है जो समूह के आठ जेनरेटर, अर्थात् गेल-मैन मैट्रिसेस के लिए मान 1, 2, ..., 8 लेता है;
• μ एक स्पेसटाइम इंडेक्स है, टाइमलाइक घटकों के लिए 0 और स्पेसलाइक घटकों के लिए 1, 2, 3 है;
• ${\mathcal {A}}_{\mu }=t_{a}{\mathcal {A}}_{\mu }^{a}$ ग्लूऑन फ़ील्ड, एक स्पिन-1 गेज फ़ील्ड या, विभेदक-ज्यामितीय भाषा में, SU(3) प्रिंसिपल बंडल में एक कनेक्शन को व्यक्त करता है;
• ${\mathcal {A}}_{\mu }$ इसके चार (समन्वय-प्रणाली पर निर्भर) घटक हैं, जो एक निश्चित गेज में 3×3 ट्रेसलेस हर्मिटियन मैट्रिक्स-मूल्यवान फ़ंक्शन हैं, जबकि ${\mathcal {A}}_{\mu }^{a}$32 वास्तविक-मूल्यवान फ़ंक्शन हैं, आठ चार-वेक्टर फ़ील्ड में से प्रत्येक के लिए चार घटक।

विभिन्न लेखक अलग-अलग संकेत चुनते हैं।

कम्यूटेटर का विस्तार देता है;

$G_{\alpha \beta }=\partial _{\alpha }{\mathcal {A}}_{\beta }-\partial _{\beta }{\mathcal {A}}_{\alpha }\pm ig_{\text{s}}[{\mathcal {A}}_{\alpha },{\mathcal {A}}_{\beta }]$

$t_{a}{\mathcal {A}}_{\alpha }^{a}={\mathcal {A}}_{\alpha }$को प्रतिस्थापित करना और गेल-मान मैट्रिक्स के लिए रूपान्तरण संबंध $[t_{a},t_{b}]=if_{ab}{}^{c}t_{c}$ का उपयोग करना (सूचकांकों की पुनः लेबलिंग के साथ), जिसमें f ^abc SU(3) के संरचना स्थिरांक हैं, प्रत्येक ग्लूऑन क्षेत्र शक्ति घटकों को गेल-मैन मैट्रिसेस के रैखिक संयोजन के रूप में निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

${\begin{aligned}G_{\alpha \beta }&=\partial _{\alpha }t_{a}{\mathcal {A}}_{\beta }^{a}-\partial _{\beta }t_{a}{\mathcal {A}}_{\alpha }^{a}\pm ig_{\text{s}}\left[t_{b},t_{c}\right]{\mathcal {A}}_{\alpha }^{b}{\mathcal {A}}_{\beta }^{c}\\&=t_{a}\left(\partial _{\alpha }{\mathcal {A}}_{\beta }^{a}-\partial _{\beta }{\mathcal {A}}_{\alpha }^{a}\pm i^{2}f_{bc}{}^{a}g_{\text{s}}{\mathcal {A}}_{\alpha }^{b}{\mathcal {A}}_{\beta }^{c}\right)\\&=t_{a}G_{\alpha \beta }^{a}\\\end{aligned}}\,,$

इसलिए कि::

$G_{\alpha \beta }^{a}=\partial _{\alpha }{\mathcal {A}}_{\beta }^{a}-\partial _{\beta }{\mathcal {A}}_{\alpha }^{a}\mp g_{\text{s}}f^{a}{}_{bc}{\mathcal {A}}_{\alpha }^{b}{\mathcal {A}}_{\beta }^{c}\,,$

जहाँ फिर से a, b, c = 1, 2, ..., 8 रंग सूचकांक हैं। ग्लूऑन क्षेत्र की तरह, एक विशिष्ट समन्वय प्रणाली और निश्चित गेज में G_αβ 3×3 ट्रेसलेस हर्मिटियन मैट्रिक्स-मूल्यवान फ़ंक्शन हैं, जबकि G^a_αβ वास्तविक-मूल्यवान फ़ंक्शन हैं, आठ चार-आयामी दूसरे क्रम टेंसर फ़ील्ड के घटक हैं।

विभेदक रूप

ग्लूऑन रंग क्षेत्र को विभेदक रूपों की भाषा का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है, विशेष रूप से एक सहायक बंडल-मूल्यवान वक्रता 2-रूप के रूप में (ध्यान दें कि आसन्न बंडल के फाइबर su(3) लाई बीजगणित हैं);

$\mathbf {G} =\mathrm {d} {\boldsymbol {\mathcal {A}}}\mp g_{\text{s}}\,{\boldsymbol {\mathcal {A}}}\wedge {\boldsymbol {\mathcal {A}}}\,,$

जहां ${\boldsymbol {\mathcal {A}}}$ ग्लूऑन फ़ील्ड है, G और ∧ के अनुरूप एक वेक्टर क्षमता 1-फ़ॉर्म इस बीजगणित का (एंटीसिमेट्रिक) वेज उत्पाद है, जो संरचना स्थिरांक f ^abc का उत्पादन करता है। फ़ील्ड फॉर्म का कार्टन-व्युत्पन्न (अर्थात अनिवार्य रूप से फ़ील्ड का विचलन) "ग्लूऑन शर्तों" की अनुपस्थिति में शून्य होगा, अर्थात ${\boldsymbol {\mathcal {A}}}$ जो SU(3) के गैर-एबेलियन चरित्र का प्रतिनिधित्व करता है।

इन्हीं विचारों की गणितीय रूप से अधिक औपचारिक व्युत्पत्ति (लेकिन थोड़ी बदली हुई सेटिंग) मीट्रिक कनेक्शन पर लेख में पाई जा सकती है।

विद्युतचुंबकीय टेंसर के साथ तुलना

यह क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फील्ड टेंसर (जिसे F  भी कहा जाता है) के लगभग समानांतर है, जो स्पिन-1 फोटॉन का वर्णन करने वाले इलेक्ट्रोमैग्नेटिक चार-क्षमता A द्वारा दिया गया है;

$F_{\alpha \beta }=\partial _{\alpha }A_{\beta }-\partial _{\beta }A_{\alpha }\,,$

या विभेदक रूपों की भाषा में:

$\mathbf {F} =\mathrm {d} \mathbf {A} \,.$

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स और क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स के बीच मुख्य अंतर यह है कि ग्लूऑन क्षेत्र की ताकत में अतिरिक्त शर्तें होती हैं जो ग्लूऑन और एसिम्प्टोटिक स्वतंत्रता के बीच आत्म-अंतःक्रिया को उत्त्पन करती हैं। यह विद्युत चुम्बकीय बल के रैखिक सिद्धांत के विपरीत, मजबूत बल की एक जटिलता है जो इसे स्वाभाविक रूप से गैर-रैखिक बनाती है। क्यूसीडी एक गैर-एबेलियन गेज सिद्धांत है। समूह-सैद्धांतिक भाषा में नॉन-एबेलियन शब्द का अर्थ है कि समूह संचालन क्रमविनिमेय नहीं है, जिससे संबंधित लाई बीजगणित निरर्थक हो जाता है।

क्यूसीडी लैग्रेंजियन घनत्व

See also: क्लासिकल फील्ड थ्योरी

क्षेत्र सिद्धांतों की विशेषता, क्षेत्र की ताकत की गतिशीलता को उपयुक्त लैग्रेंजियन घनत्व द्वारा संक्षेपित किया जाता है और यूलर-लैग्रेंज समीकरण (क्षेत्रों के लिए) में प्रतिस्थापन से क्षेत्र के लिए गति का समीकरण प्राप्त होता है। ग्लूऑन द्वारा बंधे द्रव्यमान रहित क्वार्क के लिए लैग्रेंजियन घनत्व है:

${\mathcal {L}}=-{\frac {1}{2}}\mathrm {tr} \left(G_{\alpha \beta }G^{\alpha \beta }\right)+{\bar {\psi }}\left(iD_{\mu }\right)\gamma ^{\mu }\psi$

जहां "tr" 3×3 मैट्रिक्स G_αβG^αβ के ट्रेस को दर्शाता है, और γ^μ 4×4 गामा मैट्रिक्स हैं। फर्मिओनिक शब्द $i{\bar {\psi }}\left(iD_{\mu }\right)\gamma ^{\mu }\psi$ में, रंग और स्पिनर दोनों सूचकांक दबा दिए जाते हैं। स्पष्ट सूचकांकों के साथ, $\psi _{i,\alpha }$ जहां $i=1,\ldots ,3$ रंग सूचकांक हैं और $\alpha =1,\ldots ,4$ डिराक स्पिनर सूचकांक हैं।

गेज परिवर्तन

Main article: गेज सिद्धांत

क्यूईडी के विपरीत, ग्लूऑन फ़ील्ड स्ट्रेंथ टेंसर स्वयं गेज अपरिवर्तनीय नहीं है। केवल दो अनुबंधों का उत्पाद सभी सूचकांकों पर गेज अपरिवर्तनीय है।

गति के समीकरण

एक चिरसमत क्षेत्र सिद्धांत के रूप में माने जाने पर, क्वार्क क्षेत्रों के लिए गति के समीकरण हैं:

$(i\hbar \gamma ^{\mu }D_{\mu }-mc)\psi =0$

जो डिराक समीकरण की तरह है, और ग्लूऑन (गेज) क्षेत्रों के लिए गति के समीकरण हैं:

$\left[D_{\mu },G^{\mu \nu }\right]=g_{\text{s}}j^{\nu }$

जो मैक्सवेल समीकरणों के समान हैं (जब टेन्सर नोटेशन में लिखे गए हैं)। विशेष रूप से, ये क्वार्क और ग्लूऑन क्षेत्रों के लिए यांग-मिल्स समीकरण हैं। रंग आवेश चार-धारा ग्लूऑन क्षेत्र शक्ति टेंसर का स्रोत है, जो विद्युत चुम्बकीय टेंसर के स्रोत के रूप में विद्युत चुम्बकीय चार-धारा के अनुरूप है। यह द्वारा दिया जाता है

$j^{\nu }=t^{b}j_{b}^{\nu }\,,\quad j_{b}^{\nu }={\bar {\psi }}\gamma ^{\nu }t^{b}\psi ,$

जो एक संरक्षित धारा है क्योंकि रंग आवेश संरक्षित है। दूसरे शब्दों में, रंग चार-धारा को निरंतरता समीकरण को संतुष्ट करना चाहिए:

$D_{\nu }j^{\nu }=0\,.$

यह भी देखें

• क्वॉर्क परिरोध
• गेल-मैन मैट्रिसेस
• क्षेत्र (भौतिकी)
• यांग-मिल्स फ़ील्ड
• अष्टांगिक मार्ग (भौतिकी)
• आइंस्टीन टेंसर
• विल्सन लूप
• वेस-ज़ुमिनो गेज
• क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स बाइंडिंग एनर्जी
• रिक्की कैलकुलस
• विशेष एकात्मक समूह

संदर्भ

अग्रिम पठन

किताबें

• H. Fritzsch (1982). क्वार्क्स: पदार्थ का सामान. Allen lane. ISBN 978-0-7139-15334.
• B.R. Martin; G. Shaw (2009). कण भौतिकी. Manchester Physics Series (3rd ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-03294-7.
• S. Sarkar; H. Satz; B. Sinha (2009). क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा का भौतिकी: परिचयात्मक व्याख्यान. Springer. ISBN 978-3642022852.
• J. Thanh Van Tran, ed. (1987). हैड्रॉन, क्वार्क और ग्लून्स: ट्वेंटी-सेकेंड रेनकॉन्ट्रे डी मोरियनड, लेस आर्क्स-सावोई-फ्रांस के हैड्रोनिक सत्र की कार्यवाही. Atlantica Séguier Frontières. ISBN 978-2863320488.
• R. Alkofer; H. Reinhart (1995). चिरल क्वार्क डायनेमिक्स. Springer. ISBN 978-3540601371.
• K. Chung (2008). ψ(2S) क्रॉस सेक्शन और ध्रुवीकरण का हैड्रोनिक उत्पादन. ISBN 978-0549597742.
• J. Collins (2011). पर्टर्बेटिव क्यूसीडी की नींव. Cambridge University Press. ISBN 978-0521855334.
• W.N.A. Cottingham; D.A.A. Greenwood (1998). कण भौतिकी का मानक मॉडल. Cambridge University Press. ISBN 978-0521588324.

चयनित कागजात

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• M. D’Elia, A. Di Giacomo, E. Meggiolaro (1997). "पूर्ण क्यूसीडी में फ़ील्ड ताकत सहसंबंधक". Physics Letters B. 408 (1–4): 315–319. arXiv:hep-lat/9705032. Bibcode:1997PhLB..408..315D. doi:10.1016/S0370-2693(97)00814-9. S2CID 119533874.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
• A. Di Giacomo; M. D’elia; H. Panagopoulos; E. Meggiolaro (1998). "क्यूसीडी में गेज अपरिवर्तनीय क्षेत्र शक्ति सहसंबंधक". arXiv:hep-lat/9808056.
• M. Neubert (1993). "हैड्रोन के अंदर एक भारी क्वार्क की गतिज ऊर्जा के लिए एक वायरल प्रमेय". Physics Letters B. 322 (4): 419–424. arXiv:hep-ph/9311232. Bibcode:1994PhLB..322..419N. doi:10.1016/0370-2693(94)91174-6. S2CID 14214029.
• M. Neubert; N. Brambilla; H.G. Dosch; A. Vairo (1998). "क्यूसीडी में फ़ील्ड ताकत सहसंबंधक और दोहरी प्रभावी गतिशीलता". Physical Review D. 58 (3): 034010. arXiv:hep-ph/9802273. Bibcode:1998PhRvD..58c4010B. doi:10.1103/PhysRevD.58.034010. S2CID 1824834.
• M. Neubert (1996). "मेसॉन के अंदर भारी क्वार्कों की गतिज ऊर्जा और क्रोमो-इंटरेक्शन की क्यूसीडी योग-नियम गणना" (PDF). Physics Letters B.

बाहरी संबंध

• K. Ellis (2005). "QCD" (PDF). Fermilab. Archived from the original on September 26, 2006.{{cite news}}: CS1 maint: unfit URL (link)
• "Chapter 2: The QCD Lagrangian" (PDF). Technische Universität München. Retrieved 2013-10-17.