Er kvarker født frie eller i lænker?

I følge den nuværende forståelse af de grundlæggende vekselvirkninger, er kvarker født frie, selvom de overalt kun ses som værende låst fast i lænker^[1]. Det var dette tilsyneladende eksperimentelle paradoks, som David Gross og Frank Wilczek^[2] og uafhængigt H. David Politzer^[3] forklarede via deres opdagelse af asymptotisk frihed (asymptotic freedom). Grundet denne fundamentale opdagelse, blev de tildelt Nobelprisen i fysik i 2004^[4]. Teorien, med hvilken man beskriver kvarkers vekselvirkning, hedder kvantekromodynamik eller QCD (Quantum Chromodynamics).

Ifølge asymptotisk frihed føler og ser en kvark ikke en anden kvark, når de er meget tæt på hinanden. Men hvis man omvendt forsøger at isolere dem, opdager man hurtigt, at dette er umuligt.

Der er dog endnu ingen eksperimenter, der har udforsket, hvad der sker blandt kvarkerne på vanvittigt små afstande. En logisk mulighed er, at de på ekstremt korte afstande igen bliver lænket sammen, og at de derfor alligevel ikke vil være asymptotisk frie. På nogle mellemliggende afstande (som pt udforskes ved LHC) løsnes kæderne, som holder kvarkerne sammen, hvorimod disse kæder igen vil vokse sig stærke, hvis man forsøger at isolere de enkelte kvarker. En vigtig egenskab ved asymptotisk frie teorier er, at de er matematisk konsistente, og at de kan give forudsigelser selv ved de mindste afstande. Derfor vil den nye logiske mulighed kun være interessant, hvis den udviser de samme egenskaber som QCD.

En ny opdagelse af Litim og Sannino^[5] viser, at det er muligt at have teorier, hvor kvark-lignende partikler er født i lænker ved små afstande, forbliver i lænker på store afstande og er tilnærmelsesvis frie ved mellemliggende afstande. Dette alternative scenarie er kendt som asymptotisk sikkerhed (asymptotic safety^[6]). Sannino^[7] har desuden fremsat den idé, at kvarker selv kunne være asymptotisk sikre snarere end asymptotisk frie. Den formodede alternative sikre kvantekromodynamik (Safe QCD) har stadig behov for at blive underlagt teoretisk analyse. Desuden er det vitalt at gennemføre forsøg for præcist og med sikkerhed at få styr på den stærke vekselvirkning. Hvis det asymptotisk sikre scenarie er sandt, vil det have betydelige konsekvenser for vores forståelse af fundamentale vekselvirkninger og på det tidlige univers’ fysik, fordi den oprindelige kvarkplasma ikke vil være (helt) fri.