Regla OZI
La regla OZI establece que un proceso de desintegración queda suprimido (es decir, ocurre con muy baja probabilidad) si su diagrama de Feynman puede dividirse en dos partes desconectadas al cortar únicamente las líneas de gluones. Estas desintegraciones no están prohibidas, pero se producen con mucha menos frecuencia de la que cabría esperar.
Cuando los quarks de la partícula inicial pueden reorganizarse directamente para formar los productos finales, la desintegración tiene lugar con facilidad, incluso aunque ese canal no sea el más favorable desde el punto de vista energético.
En cambio, si los quarks originales deben primero aniquilarse por completo en gluones -que a su vez generan nuevos pares quark-antiquark-, el proceso resulta mucho menos probable (supresión OZI). Esto se debe a que los gluones de alta energía se acoplan de manera débil, una consecuencia de la libertad asintótica de la QCD.
En pocas palabras, una desintegración fuerte en la que los quarks constituyentes se recombinan directamente en nuevas partículas es mucho más probable que otra en la que sea necesaria su aniquilación en gluones seguida de la creación de nuevos pares de quarks.
De este modo se entiende por qué los diagramas de Feynman que pueden dividirse cortando solo líneas de gluones corresponden a procesos suprimidos: es la esencia de la regla OZI.
Nota. La regla recibe el nombre de tres físicos teóricos: Susumu Okubo, George Zweig y Jugoro Iizuka. En la década de 1960, al analizar los datos de desintegración de mesones, detectaron una anomalía: ciertos canales de desintegración, aunque permitidos por la conservación de la energía y por los principios de simetría, se producían con mucha menos frecuencia de lo previsto. Para explicarlo formularon lo que hoy conocemos como la regla OZI. Esta regla aclara por qué algunas desintegraciones que en teoría deberían clasificarse como “fuertes” resultan en la práctica muy poco probables: todo depende de si los quarks pueden reorganizarse directamente en los estados finales o si deben primero aniquilarse en gluones.
Un ejemplo práctico
El mesón $\phi$ está compuesto por un par $s\bar{s}$ y tiene una masa de aproximadamente $1020 \,\text{MeV}/c^2$.
Sus modos principales de desintegración son dos:
- Desintegración en dos kaones
En los canales $\phi \to K^+K^-$ o $\phi \to K^0\bar{K}^0$, el par $s\bar{s}$ del mesón $\phi$ se reorganiza directamente para formar dos kaones, sin aniquilarse en gluones. $$ \phi \;\;\to\;\; K^+K^- \quad \text{o} \quad K^0\bar{K}^0 $$ Cada kaón tiene una masa de unos $495 \,\text{MeV}/c^2$, lo que da un estado final combinado de alrededor de $990 \,\text{MeV}/c^2$. Aunque este canal no sea especialmente ventajoso en términos energéticos, resulta sencillo a nivel de quarks: el par $s\bar{s}$ del $\phi$ se combina con un par $u\bar{u}$ creado por un gluón, generando así dos kaones. Este es el modo de desintegración dominante observado experimentalmente.
- Desintegración en tres piones
El $\phi$ también puede desintegrarse en tres piones, $\pi^+\pi^-\pi^0$: $$ \phi \;\;\to\;\; \pi^+\pi^-\pi^0 $$ Los tres piones juntos suman una masa de unos $405 \,\text{MeV}/c^2$. Desde un punto de vista energético, este canal sería mucho más favorable que el de los dos kaones, ya que la masa final es menor. Sin embargo, los piones están formados por quarks $u$ y $d$, mientras que el $\phi$ contiene $s\bar{s}$. Para producirlos, el par $s\bar{s}$ debe primero aniquilarse en gluones, que luego generan pares $u\bar{u}$ y $d\bar{d}$. Estos se recombinan para dar lugar a tres piones. Aunque energéticamente viable, este mecanismo está suprimido por la regla OZI y, por tanto, es extremadamente raro. En términos de diagramas de Feynman, el proceso puede dividirse en dos partes cortando únicamente las líneas de gluones, tal como señala la regla OZI.
En conclusión, el mesón $\phi$ se desintegra principalmente en dos kaones, a pesar de que el canal de tres piones sea más favorable desde el punto de vista energético.
La explicación es clara: la desintegración en dos kaones aprovecha directamente los quarks originales, mientras que la desintegración en tres piones exige la aniquilación en gluones y la creación de nuevos pares de quarks.
