A Cromodinâmica Quântica é uma teoria bastante complicada e ainda em franca evolução. Seu início é normalmente tomado lá nos idos de 1973 (eu estava nascendo...), quando Gross e Wilcek e, independentemente, Politzer, mostraram que para os quarks o que valia era a interação forte, com estas partículas estando confinadas em hadrons (barions e mesons).
Oras, oras, como? Bom, interação forte é uma das forças fundamentais do universo, mas que atua numa escala muito, muito pequena. Basicamente diz respeito apenas aos quarks e gluons. E o que fizeram Gross, Wilcek e Politzer? Eles mostraram, grosso modo, que o potential de interação destas partículas elementares é bastante diferente do que podemos considerar como usual (na física clássica). Por usual estou usando, por exemplo, o potencial gravitacional (ou Coulombiano): quanto mais distante a separação entre as massas (ou cargas), menor é a intensidade da interação. No caso da interação forte, o que vale é o seguinte: quanto mais próximo os quarks estão entre si, menos interagentes são. Ou seja, quando você tenta separar um do outro, a intensidade da interação aumenta!
De modo mais formal, Gross, Wilcek e Politzer mostraram que a liberdade assintótica está presente nas teorias de calibre (gauge) não-abelianas. E a QCD é uma delas. Não-abeliana?! Bom, abeliana com certeza você sabe o que é, só talvez não esteja ligando o nome à pessoa. Um grupo é todo conjunto onde está definida uma operação matemática com os elementos deste conjunto. Ser abeliano ou não significa que vale ou não a comutatividade dessa operação. Uma teoria abeliana é aquele em que vale a comutatividade. A Eletrodinâmica Quântica, predecessora da QCD e provavelmente a teoria mais bem testada até hoje, é abeliana. A QCD é não-abeliana, o que a torna incrivelmente mais complicada.
Bom, resumindo até aqui: quando você aproxima os quarks uns dos outros, eles se tornam partículas livres (um gás de partículas livres - ou quase-livres); quando você os afasta, eles passam a se comportar como se estivessem ligados uns aos outros. A fase na qual eles estão ligados é chamada de confinamento, no sentido de que não encontramos quarks livres na natureza, apenas em pares. A fase livre é apenas assintótica, pois apenas no limite de energias muito, muitos altas é que conseguiríamos vê-los livres. Isto é, a liberdade é apenas no limite de altas energias (ou altas temperaturas, no caso do QGP).
É muito interessante notar que várias pessoas entre os anos 1960 e 1973 "rasparam" na descoberta da tal "liberdade assintótica". Ou seja, a ideia de que havia um fenômeno novo a ser descoberto estava presente nas discussões de ponta. Acho que o mais interessante é o caso do físico Kenneth Wilson, que simplesmente escreveu um artigo sobre grupos de renormalização e não considerou, dentre os casos possíveis, o que resultaria na liberdade assintótica (mas não se preocupe, ele ganhou o Nobel de 1982 por outras fantásticas contribuições à física). Ele escreveu sobre isso tempos depois. Mas há outros, como Curtis Callan, Kurt Symanzik e o fantástico Gerard 't Hooft.
Mas viajei! Então vou voltar! Bom, se temos confinamento e temos liberdade assintótica, então precisamos dizer como a matéria de comporta em cada fase, para podermos posicionar o problema e saber o que procurar do ponto de vista experimental. No confinamento, temos que procurar a matéria usual, a bariônica, e explicar como ela se forma a partir de quarks e gluons. Ou seja, a teoria precisa ser capaz, então, de dizer o espectro de massa das partículas.
No caso da liberdade assintótica o que devemos procurar? Quarks livres, claro! Mas como fazer isso? Dá pra fazer isso diretamente ou precisa ser feito de modo indireto? Bom, falarei disso num próximo post sobre QGP.
