¿Por qué el confinamiento se aplica solo a los quarks y no a los nucleones?

Question

Cuando la energía de entrada en un intento de romper quark bonos simplemente genera más quarks a través de hadronisation. La explicación física de mi libro da para esto es que "la fuerza de la interacción fuerte, que no disminuye con la distancia, a diferencia de las otras fuerzas fundamentales".

Sin embargo, esto parece extraño para mí. Mientras que para mí tiene sentido dentro de bariones, no veo cómo esto podría funcionar con un núcleo, ya que significaría que la emisión de neutrones decadencia de helio-5, por ejemplo, sería imposible (ya que sería imposible eliminar una de nucleones del núcleo). ¿Significa esto que la interacción fuerte, que actúa de forma diferente dentro de los núcleos vs dentro de los nucleones?

Answer 1

Si usted toma un electrón y un protón hay una fuerte fuerza electromagnética entre ellos debido a que el electrón tiene una carga de $-e$ y el protón tiene una carga de $+e$. Sin embargo, supongamos que combinan el electrón y el protón en un átomo de hidrógeno. El átomo de hidrógeno tiene una carga neta de cero así que no hay una fuerte fuerza electromagnética entre dos átomos de hidrógeno.

Sin embargo, la cancelación de los electrones y protones de carga no está completa, porque no ocupan exactamente el mismo punto en el espacio. En promedio, la distancia entre el electrón y el protón es el radio de Bohr $a_0$, así que si usted tiene dos átomos de hidrógeno el electrón-electrón la distancia puede diferir de la del protón-protón distancia de alrededor de $a_0$. El resultado es que hay relativamente poca fuerza entre los dos átomos de hidrógeno llamado el Londres de la dispersión de la fuerza.

El punto de todo esto es que algo similar ocurre en los núcleos. Es más complicado porque los quarks tienen tres tipos de carga, pero, básicamente, mientras que la fuerza que actúa entre dos quarks, los hadrones tiene un cero de color cargo por lo que no hay fuerza que actúa entre dos hadrones.

Sin embargo, al igual que un átomo de hidrógeno, los quarks tienen un promedio de cero separación y, como resultado, hay una disminución en la fuerza que actúa entre dos hadrones. Esto es lo que llamamos la fuerza nuclear fuerte. Es un poco confusa terminología debido a un accidente de la historia, pero la fuerza fuerte es la fuerza que actúa entre dos objetos con un valor distinto de cero de color cargo, mientras que la fuerza nuclear fuerte actúa entre dos hadrones con un (neto) cero color cargo. La fuerza nuclear fuerte es el colisionador equivalente a la de Londres, la dispersión de la fuerza.

Y por último, la fuerza nuclear fuerte no se debilitan con la distancia, y de hecho se vuelve más débil muy rápidamente con la distancia. Mientras que el EM de la fuerza cae como $r^{-2}$ la fuerza nuclear fuerte se cae como $e^{-ar}$ (para algunas constantes $a$). Es por eso que el neutrón puede escapar de helio-5 núcleo.

Answer 2

Esto está relacionado con el llamado "color cargo" transportado por las partículas que participan en la interacción fuerte. Aunque en un principio se propuso permitir mismo quarks existen en el interior de los bariones (a pesar de principio de exclusión de Pauli), también se utiliza para describir la capacidad de hadrones para ser libre de confinamiento - sólo incoloro partículas (o blanco) puede ser libre.

Esto no es una verdadera explicación del fenómeno - es más bien un modelo que describe bien la gran variedad de conocidos hadrones basado en su simetría. Como fas, como yo sé, el problema de la aplicación de confinamiento en sí sigue siendo difícil.

Hay 3 colores (rojo, verde, azul) y de la anticolours. Por ejemplo, en el mesón contienen pares de color-anticolour quarks, mientras que los bariones contiene 3 diferentes colores que juntos también son incoloros.

Ver más aquí: https://www.wikiwand.com/en/Color_charge

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Respecto a la segunda parte de la pregunta. Básicamente, sí, de los nucleones y mesones son estables entidades con respecto a la QCD. Los núcleos están bien descritos como conglomerados de nucleones con pequeñas discrepancias. Al mismo tiempo, mesones para un largo tiempo son considerados como los portadores de la interacción fuerte - no a diferencia de los fotones en QED.

Sin embargo, esta "estabilidad" sólo es posible por debajo de la QCD crossover escala de la energía cuando hadrones deconfine y forma un quark-qluon de plasma. En cierto sentido, se puede considerar una analogía a los átomos que sí son eléctricamente neutros (sino que consisten de partículas cargadas) y se están disociadas a altas temperaturas.