Esto es algo que me ha intrigado durante un tiempo. Digamos que tenemos un protón con quarks uud, en el que los quarks u tienen +2/3 de carga y el quark d -1/3. ¿No encaja esto perfectamente para mantener los quarks confinados dentro del protón? ¿No se ajusta esto perfectamente para mantener los quarks confinados dentro del protón, en términos de fuerzas electrostáticas entre los tres quarks? ¿En qué momento, y por qué razón, fue necesario invocar a los gluones para proporcionar la "carga de color" extra para asegurar el confinamiento de los quarks? ¿Por qué la fuerza electrostática ordinaria no es suficiente?
Respuestas
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El principio de incertidumbre nos dice que cuanto más estrecho sea el confinamiento de un objeto, mayor será la incertidumbre de su energía. Por ejemplo, se puede utilizar este principio para calcular el tamaño de un átomo de hidrógeno a partir de su energía de estado básico o viceversa.
Y cuando hacemos esto encontramos que la fuerza electrostática simplemente no es lo suficientemente fuerte como para confinar los quarks dentro de un núcleo. Si tuviéramos tres quarks interactuando sólo por la fuerza electrostática obtendríamos un objeto aproximadamente del mismo tamaño que un átomo. La única manera de obtener un estado ligado tan pequeño como un núcleo es tener una fuerza mucho más fuerte que una a los quarks. Esa fuerza mucho mayor es, por supuesto, la fuerza fuerte.
Oeufcoque Penteano
Puntos
331
Hay otra cuestión relacionada con la necesidad de carga de color y los campos gauge asociados.
Citaré la sección 9.1 Los grados de libertad del color de " Teorías gauge en física de partículas ":
F no relativista del modelo de quarks tenía la forma
$$\psi_{3q} = \psi_{space}\psi_{spin}\psi_{flavour}\qquad\qquad (9.1)$$
Pronto se comprendió (por ejemplo, Dalitz 1965) que el producto de estas espacio, simétrico bajo intercambio de dos quarks cualesquiera.
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Pero vimos en $\S 4.5$ t obedezcan el principio de exclusión - es decir, la función de onda $\psi_{3q}$ debe ser antisimétrico con respecto al intercambio de quarks. Una forma manera de aplicar este requisito es suponer que los quarks tienen otro grado de libertad, llamado color, con respecto a con respecto al cual la función de onda 3q puede ser antisimétrica, como sigue.
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W función de onda de tres quarks que es antisimétrica en color utilizando el símbolo símbolo antisimétrico $\varepsilon_{\alpha\beta\gamma}$ a saber
$$\psi_{3q,\mathrm{colour}} = \varepsilon_{\alpha\beta\gamma}\psi^\alpha\psi^\beta\psi^\gamma$$
y debe multiplicarse por (9.1) para obtener la función de onda 3q completa.
