¿Cómo podemos obtener la masa de un protón sin carga?

Question

¿Cómo podemos obtener la masa de un protón sin carga, es decir, cómo varía la masa del protón cargado si le quito la carga eléctrica?

Para la teoría del espín isotópico el neutrón y el protón tienen la misma masa y es posible distinguir esas partículas sólo para los diferentes valores de la tercera componente del espín isotópico.

Se trata de una simetría aproximada porque las masas son diferentes y las cargas también. En un mundo ideal podemos eliminar la carga eléctrica del protón y obtenemos un protón "sin carga". La cuestión es cómo cambia la masa.

Puedes interpretar esa pregunta como que es la contribución a la masa debida a la carga, no sólo para el protón sino para todas las partículas.

Answer 1

La carga de una partícula es completamente independiente de su masa. Si tuvieras alguna técnica (y no la hay) para eliminar la carga pero mantener el protón exactamente igual, no cambiaría su masa.

Las masas de las partículas surgen de una combinación de la masa de sus constituyentes y de sus interacciones (la energía potencial de las interacciones de las partículas le dan masa a través de $E = m c ^2 $ ). En el caso del protón está formado por 2 quarks up y 1 quark down. Su masa es una combinación de las masas de cada uno de estos quarks y la energía que los une.

Debo decir además, ya que mencionaste el protón, que un neutrón es muy similar a un protón, sólo que tiene constituyentes ligeramente diferentes y es neutral. En principio, se puede transformar un protón en un neutrón dándole algo de energía (el neutrón es ligeramente más masivo). Pero es importante recordar que, excluyendo las cargas, las dos partículas siguen sin ser idénticas.

Answer 2

Supongamos que no existiera carga, es decir, que los quarks up y down fueran neutros con respecto a la carga pero tuvieran la masa que tienen.

hasta 2,3 MeV/c^2

por 4,8 MeV/c^2

El neutrón es udd , por lo que la contribución de masa es de 11,9 MeV/c^2 masa del neutrón 939,6 Mev?c^2

el protón uud tiene una contribución de masa_ _ __ _ __ 9,4 MeV/c^2 la masa del protón 938,3

diferencia de la suma de las masas constituyentes : 1,5MeV/c^2

diferencia de masas de neutrones y protones :1,3 MeV/c^2

En cuanto a las interacciones fuertes, son las cargas de color las que juegan un papel en la cantidad de quarks y gluones marinos que se arremolinan generando una masa casi cien veces mayor.

Hay una diferencia de 0,2 MeV/c^2 entre las masas del protón y del neutrón. Las cargas adicionales del protón disminuyen el efecto de la suma de las masas constituyentes, es decir, crean 0,2 MeV/c^2 de masa adicional para el protón.

[Manos a la obra]

Supongamos que este exceso de 0,2 MeV/c^2 de diferencia entre un neutrón, que tiene dos quarks down girando alrededor de un quark up, y un protón que tiene dos quarks down girando alrededor de uno up, se debe a una mayor energía de mar de los quarks gluones para el protón porque la repulsión de las cargas será mayor, (hay cargas más grandes implicadas). Entonces se podría tomar este exceso de 0,2 MeV/c^2 de la masa del protón con respecto al neutrón como el efecto de las cargas. Esto daría un límite superior para lo pequeña que podría ser la masa de un protón sin cargas .

Parece razonable esperar que la existencia de cargas introduzca más energía en la energía de enlace de un sistema en el caso del protón, ya que se trata de una repulsión de cargas similares de uu mientras que las cargas similares en el neutrón dd son de menor valor. Además, la magnitud aproximada, 0,2MeV/c es aproximadamente 10^-4 de la masa del protón, compatible con la constante de acoplamiento de 5*10^- 5 al cuadrado de la interacción electromagnética, lo que daría la fuerza relativa de la contribución electromagnética frente a la fuerza fuerte.

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