¿Cuál es la definición de color (el estado cuántico)?

Question

En algún lugar escuché que los quarks tienen una propiedad llamada 'de color' - ¿Qué significa esto?

Answer 1

Has oído bien. Pero tenga en cuenta que esto no tiene nada que ver con el color real. La razón por la que la propiedad fue nombrado así es porque accidental similitudes a cómo el color de la mezcla y porque ciertos físico tiene un extraño sentido del humor.

La electrodinámica cuántica

Nota que la cosa de la que están hablando es de color cargo. Por lo que parece útil para la primera revisión de las propiedades de la normal (eléctrica) cargos. Vamos a hablar de los electrones, por ejemplo. Sabemos de la física clásica que los objetos cargados producir el campo electromagnético alrededor de ellos y en este campo a su vez afecta a las partículas cargadas. En la teoría cuántica que uno tiene para cuantizar este campo. La cuántica del campo electromagnético es de fotones y, entonces, la teoría cuántica nos dice que los objetos cargados interactúan eléctricamente mediante el intercambio de fotones

Leer la imagen, de izquierda a derecha. Electrón irradia fotones, esto hace que se cambie de dirección y el otro electrón absorbe el cambio de dirección. Esta es la forma en que la teoría cuántica de explicar la interacción electromagnética.

Cromodinámica cuántica

Nota: la discusión a continuación no será técnicamente precisa debido a la complejidad inherente de la teoría cuántica. Voy a elaborar sobre ciertos puntos en un párrafo separado, después de esta.

Con el conocimiento descrito en nuestro haber, no es que difícil de describir cromodinámica Cuántica (del griego Χρώμα, chroma significado del color) más. En lugar de la carga eléctrica, los objetos que pueden llevar los llamados de color cargo. Pero no es sólo uno de ellos, sino tres: rojo, verde, azul (sí, esta es una de las similitudes superficiales de color usual).

Bien, necesitamos un ingrediente más en nuestra teoría, algo que vendría a sustituir los fotones. Una partícula existe y se llama gluon. Pero tenga en cuenta que si bien es suficiente tener sólo un tipo de fotones (porque no fue sólo una carga eléctrica), necesitamos más gluones para mediar en diferentes tipos de interacciones (por ejemplo, la interacción entre quark rojo y azul quark, que estaría mediado por rojo-antiblue gluon, y así sucesivamente). Así tenemos nueve tipo de gluones en total, ¿verdad? Bueno, en realidad, hay sólo ocho de ellos y este es uno de los detalles que me ocuparé más adelante.

Tenga en cuenta que cromodinámica cuántica predice que unía a los miembros de partículas de color tienen que ser "blanco", es decir, por ejemplo, debe contener tres partículas, uno rojo, uno azul y uno verde (esta es otra similitud con el color real de la mezcla). "Blanco" de las partículas que contiene tres quarks son llamados bariones y usted debe saber al menos dos de ellos: los protones y los neutrones. En realidad, resulta que no es más que un quark tipo (seis) y a obtener distintos partículas mediante la mezcla de diferentes tipos de ellos. Dos luces de quarks son llamados arriba y hacia abajo. Protón contiene dos ups y uno hacia abajo, mientras que el neutrón contiene uno y dos bajadas. Bueno, vamos a ver cómo funciona esto:

Esto es bastante complicado diagrama porque yo no era capaz de encontrar nada más sencillo, pero vamos a tratar de explicarme lo que está pasando. El entrante de protones azul de quark emite azul-antired gluon y haciendo que cambia a rojo y también cambiar de dirección un poco. Este gluon luego es capturado por su color rojo abajo quark y este cambia a azul y lo tira fuera del protón. Cosa Similar sucede con el verde de quark, la única diferencia es que en el final antiblue es expulsado de los protones. Así que hemos azul-antiblue arriba/abajo de par. Este es un color neutro de la partícula y es la de pion.

Desde el punto de vista de los neutrones, exactamente la misma discusión que se aplica, así que espero que esta sea al menos un poco claro por ahora. Lo que la imagen de la realidad se explica cómo protón neutrón las interacciones fuertes en el núcleo se explican desde el punto de vista de la cromodinámica cuántica.

Tecnicismos

De toda la discusión anterior es subsumida en las denominadas teorías gauge. Estas son las teorías que contienen cierto número de cargos, $N$ (por ejemplo, $N = 1$ para el electromagnetismo) y un cierto número de la interacción de las partículas. Pero, para especificar su número, primero tenemos que hablar sobre el grupo de simetrías de dicha teoría.

Para el electromagnetismo este grupo es $U(1)$ que es unidimensional y por tanto no es sólo un fotón. Para las interacciones débiles hay dos cargos, por lo que llamó a los sabores y el grupo que corresponde a la es $SU(2)$; esto es en tres dimensiones, por lo que obtenemos la mediación de tres partículas: $Z, W^{\pm}$. Para las interacciones fuertes, hay tres colores y el grupo que describe su mezcla es $SU(3)$. Este es uno de ocho dimensiones, que nos da ocho gluones. También se podría intentar usar $U(3)$ grupo, que es de nueve dimensiones. Pero esto es descartado por el experimento (!). Para entender por qué, déjame que precisa de otras declaraciones que simplifica enormemente.

En la teoría cuántica, los estados son a menudo mediante la superposición de otros más elementales de los estados. Resulta, que cuando uno habla acerca de blue-antired gluon, lo que realmente se entiende es la superposición

$${1 \over \sqrt 2} \big( \big|b\big>\big|\bar r\big> + \big|\bar b\big>\big| r\big> \big)$$

y del mismo modo que en otros casos. Esto es debido a que hay ciertas condiciones de simetría impuesta en la teoría y en este estado es invariante si cambiamos de $b$ $r$ (no se si contenía sólo una parte); pero por supuesto que sería doloroso explícitamente lectura de la fórmula de todo el tiempo que uno quiere hablar de gluones; por lo tanto, la simplifictation.

Ahora, como hemos mencionado, el real enlazados a los estados o las partículas tienen que ser de color neutro. Resulta que los gluones sí podría crear un escalar estado

$${1 \over \sqrt 3} \big( \big|b\big>\big|\bar\big> + \|r\big>\big|\bar r\big> + \big|g\big>\big|\bar g\big> \big)$$

Si este estado existía en la naturaleza entonces no existiría de largo alcance gluon interacción. Pero sabemos que no. Así que el grupo es más pequeño, sólo $SU(3)$ y nos quedamos con ocho gluones.

Answer 2

Permítanme darles un sencillo y básico de la respuesta aquí; tal vez alguien puede elaborar.

La mejor manera de pensar de color es algo análogo a cargo en el electromagnetismo. (De hecho, el color es a menudo llamado el color de carga). Es la propiedad fundamental de las partículas relativas a la fuerza fuerte, y como la carga eléctrica, viene en valores discretos (denominado rojo, verde y azul - no lo tome literalmente). Nota sin embargo de que una fuerte integración de las obras en una forma mucho más complejo que el electromagnetismo (Maxwellian, o incluso la electrodinámica cuántica).

El artículo de la Wikipedia dice:

El "color" de los quarks y los gluones se completamente ajena a visual la percepción del color.[1] Más bien, es un hermoso nombre para una propiedad que casi no tiene manifestación en distancias por encima de la de un átomo núcleo. El término color fue elegido debido a que la propiedad abstracta a la que se refiere consta de tres aspectos, que son analogized a los tres colores primarios de rojo, verde y azul.[2] Por la comparación, la carga electromagnética tiene un aspecto único, que toma el los valores positivos o negativos.