Lo que constituye protones? Cuando veo las fotos, no puedo entender. Los protones están hechos de quarks, pero algunos dicen que están hechos de 99% de espacio vacío. También, en esta ilustración de la Wikipedia, lo que entre los quarks?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Daniel Broekman
Puntos
1951
Ah, sé que esto!
Lo que en un protón?
Un protón es realmente de campos cuánticos. Recuerde que. Cuando escuche el ruido de cualquier otra descripción de la composición de un protón, es sólo una aproximación del comportamiento de los campos cuánticos en términos de algo que es probable que la gente esté más familiarizado con. Tenemos que hacer esto porque cuántica de campos se comportan de nonintuitive maneras, así que si no estás trabajando con la totalidad de la matemática de la maquinaria de QCD (que es difícil), usted tiene que hacer algún tipo de modelo simplificado para el uso como una analogía.
Una de las más confusas las cosas acerca de campos cuánticos es que reaccionan de manera diferente dependiendo de cómo se observa. El trayecto podemos observar protones es por golpear con otras partículas de alta energía en un acelerador de partículas y ver lo que sale. En un lento colisión, con muy poca energía, los protones actúa como un único punto de partículas. Si le damos a las partículas un poco más de energía, los protones se parece más a un blob con tres puntos --- estos son los tres quarks de conocimiento común. (Por cierto, la razón por la que ver imágenes como la que has encontrado en la Wikipedia es que por un largo tiempo, la gente chocar protones a energías intermedias, donde al parecer se comportan como un grupo de tres quarks.) Si le damos la colisión de partículas aún más y más energía, los protones se parecen ser cada vez más denso de la fusión de todos los tipos de partículas: los quarks, antiquarks, gluones, los fotones, electrones, y todo lo demás. Nosotros llamamos a estas partículas partons (porque somos parte de el protón).
Este diagrama muestra básicamente como un protón aparece a los diferentes tipos de colisiones. El eje vertical corresponde, básicamente, a la energía de colisión, y el eje horizontal corresponde al "poder de resolución" de los incidentes"sonda") de la partícula. (El poder de resolución es, básicamente, el impulso transversal, pero no puedo explicar cómo funciona su conexión sin entrar en más detalle de la mecánica cuántica, que creo que es necesaria.) El contenido de cada círculo representa, aproximadamente, una "foto" de cómo el protón se comporta en una colisión en la correspondiente energía y poder de resolución.
Así, por ejemplo, si usted choca con un protón con un haz de alta energía de las sondas que han débil poder de resolución, se comporta como un denso cúmulo de partons (quarks y gluones, etc.), cada uno de los cuales es bastante grande. Que corresponde a la esquina superior izquierda de la gráfica. O si golpeas con un haz de protones de baja energía sondas con alto poder de resolución, se comporta como una escasa clúster de partons, cada uno de los cuales es pequeño. Si usted lo golpeó con un rayo de luz de baja energía, de baja resolución-el poder de las sondas (pero no demasiado baja), se comporta como una colección de tres partículas, como se ve en la esquina inferior izquierda.
Los físicos describen este aparentemente-cambios en la composición utilizando parton funciones de distribución, $f(x, Q^2)$, que bajo ciertas condiciones puede ser interpretado como la densidad de probabilidad de la sonda de interactuar con un tipo particular de parton con una determinada cantidad de impulso. Básicamente, $f(x, Q^2)$ está relacionado con el número de partículas en el círculo en el correspondiente $(x,Q)$ de los puntos en la gráfica. Para obtener más información sobre parton distribuciones, me remito a esta respuesta de la mina y los recursos nombrados en el mismo, así como este.
¿Cuál es la región gris?
En la imagen anterior, me muestra cada una de las instantáneas de los protones como un conjunto de partons (quarks y gluones, etc.) distribuidos de manera uniforme dentro de un círculo, como si el protón tiene una clara ventaja. Pero en realidad, ese no es el caso; en cambio, el cuántica de campos que componen un protón desaparezcan gradualmente a cero a medida que se alejan del centro. Tiene un borde difuso. Así que una (un poco) más precisa instantánea sería algo como esto:
Aviso de que hay más partons cerca del centro de la protones, y cada vez menos a medida que avanza hacia el borde. El ordinario parton distribuciones que he mencionado anteriormente, $f(x, Q^2)$, son parte de un modelo simplificado en el que podemos ignorar este hecho y pretender que partons se distribuyen de manera uniforme en todo el espacio. Pero podemos hacer más complicado modelo que no tome en cuenta el hecho de que partons son agrupada hacia el centro del protón. En este modelo, en lugar de regular parton distribuciones, consigue funciones más complicadas, llamado el parámetro de impacto-dependiente parton distribuciones, y que se denominan $f(x, Q^2, b)$ donde $b$ es la distancia radial - el parámetro de impacto.
Ha habido algunos estudios teóricos muestran que estas impacto parámetro dependiente de la parton distribuciones camino gradualmente a medida que avanza a grandes radios. Por ejemplo, vea la figura 5 de este documento (arXiv) o de la figura 7 en este (arXiv):
Aquí $N(y)$ es una cantidad relacionada con el parton distribuciones (específicamente, es el color del dipolo de dispersión de la amplitud), que tipo de "condensa" de las diferentes parton distribuciones en una sola cantidad. (Enorme simplificación, pero es lo suficientemente bueno para esto). A continuación, puede definir la extensión espacial de los protones como la región en la que $N(y)$ está por encima de, digamos, 5% de su valor máximo. O 10%. O 50%. El número exacto es algo arbitrario, pero el punto es que, cualquiera que sea el número que usted escoja, usted va a terminar con un círculo que abarca la región en la que la patrona de la densidad es alta, algo así como esto:
Esto es aproximadamente lo que el círculo gris en la imagen de la Wikipedia. Es una región con un tamaño del orden de $1\text{ fm} \approx 5\text{ GeV}^{-1}$, donde la probabilidad de un incidente de partículas (sonda) la dispersión de los protones es relativamente significativa. De manera equivalente, es la región en la que el parton distribuciones son grandes, y también la región en la que la cuántica de campos que constituyen los protones son muy diferentes de cero.
Como se puede adivinar, todo esto es bastante impreciso. Usted puede hacer una más rigurosa definición del tamaño de un protón por el uso de la sección transversal de dispersión. También se puede obtener una definición sin el uso de la dispersión, el uso de la carga de la radio, que puede ser medido o calculado usando otros métodos. No voy a entrar en aquellos, como los detalles sería material para toda una cuestión separada, pero los resultados de todos estos métodos de salir a un radio de un poco menos de $1\text{ fm}$.
Por cierto, esta afirmación de un protón 99% de espacio vacío es probablemente falso el uso de cualquier definición razonable. Usted podría estar pensando de átomos, donde el volumen en el que el electrón del campo cuántico tiene un valor apreciable es mucho más grande que el tamaño de los electrones de la misma, lo que puede ser. La gente a veces simplificar que decir que el átomo se compone de una gran fracción de espacio vacío. Pero realmente no se puede hacer lo mismo con un protón, dado el gran número de partículas y la fuerza de sus interacciones.
Brian B.
Puntos
1519
No se puede considerar un protón como tres quarks (llamados quarks de valencia, ya que determinan los números cuánticos) porque virtuales de quarks y antiquarks constantemente se crean y anhilated a través de la fuerza fuerte. Así que un protón es más como un quark mar. De hecho, este proceso se da en la mayor parte de los protones de la masa (los quarks de valencia son sólo el 2% de la masa).
Es algo como esto:
Las líneas que conectan los quarks, gluones (la fuerza de partículas portadoras de la interacción fuerte).
Fernando Briano
Puntos
3704
La pregunta que usted está pidiendo, ha sido contestada en términos de popularizada descripción.
La física real de la imagen no es sencilla y depende mucho de un número de mediciones experimentales por muchos de los experimentos. Si se observa la figura 9.18 del enlace verá que la composición de los protones a cambios de acuerdo a la transmisión del impulso desde el sondeo de la partícula.
Contrario a la afirmación de que se trata principalmente de espacio vacío, no lo es. Las partículas de sondear el protón no navegar a través de la ileso, interactúan con los quarks y los gluones que la componen y así tenemos el parton funciones en la figura. La razón por la que no es en su mayoría vacías es porque Cromodinámica Cuántica, contrariamente a las otras fuerzas no disminuye con la distancia, sino que aumenta, con lo que los componentes están estrechamente vinculados.
Así que la respuesta a "¿qué hay en el interior de los protones" es "depende de la forma de mirar dentro de él". Desde el exterior, tiene los números cuánticos asignados por los tres quarks de valencia.
Sam James
Puntos
111
El verdadero problema aquí es que cuando las cosas se ponen muy, muy pequeña, que no se comportan como el mundo que vemos alrededor de nosotros. Que puede hacer un montón de lo que pasa en ese mundo raro muy difícil de entender.
El diagrama es engañosa. Los protones no son realmente redondo, manchas grises, y los quarks no son realmente pequeñas esferas que se sientan dentro de ellos. Abajo en el nivel subatómico, la Mecánica Cuántica reglas.
Uno de los extraños pre-clínicas de la Mecánica Cuántica es que realmente pequeñas cosas que en realidad no ocupan un espacio único. Echa un vistazo a su mano. Es allí, ¿verdad? En un solo lugar. Si usted enrollarla en un puño, que ocupa menos espacio, y si lo extienden, se tarda más. Pero siempre en un solo lugar.
Muy pequeñas las cosas no funcionan así. En su lugar, que ocupan muchos puntos en el espacio al mismo tiempo. Solemos dibujar diagramas donde las posiciones reales de las pequeñas cosas son representados como las nubes: están en un montón de lugares, todos a la vez.
Los Quarks son como este, también. Son mantenidos juntos por el increíblemente fuerte de las fuerzas, pero que están tratando de obtener de distancia el uno del otro, también. Como cuando vas en un coche con sus padres en una unidad de tiempo. ¿Qué debo hacer en un largo viaje con mis padres? Me inquieta. No puedo decirte a donde voy a ser - en el asiento delantero, asiento de atrás porque estoy constantemente moviéndose a su alrededor. Pero usted sabe que yo estoy en algún lugar en el interior del coche, incluso si usted no puede decirme exactamente donde.
Y así con los quarks, con un giro: ellos realmente están en muchos lugares diferentes al mismo tiempo. Lo que sí sabemos es que son más probable que permanezca dentro de un límite: en este caso, el círculo gris de los protones.
Como el 99% de espacio vacío, la cifra real es mucho mayor que eso. Muy poco es, en realidad, 'hecho' de la materia (se le suele llamar la materia-como las partículas "hadrones'). Así que ¿por qué no nos caemos a través de las cosas todo el tiempo? Por qué no mi laptop deslizarse a través de mi escritorio, si es más que nada de nada? Bueno, debido a que las fuerzas entre estas pequeñas partículas son enormes, en comparación con su tamaño (y, lo que es más importante, en comparación con su masa). Que les permita mantener un equilibrio distancia uno de otro, y deja todo lo demás viene demasiado cerca de ellos, o la caída de 'entre' las partículas. Al atrapar una pelota, las partículas en su mano y las partículas en la pelota nunca se acercan a 'tocar', debido a que las fuerzas entre las partículas son tan fuertes. En su lugar, el balón está 'rechazados' de tu mano. Esta repulsión de los saldos en contra de la bola de la fuerza debida a la gravedad, por lo que el balón se queda donde está.
TL;DR: El diagrama lo hace lo mejor que puede explicar cómo funcionan las cosas en el muy, muy pequeña escala. Lamentablemente, es muy engañosa. El espacio entre las partículas es: a) no es realmente el espacio, pero "nubes de puntos" de posibles posiciones de partículas (hay un bocado), y b) las fuerzas entre las partículas, en lugar de las propias partículas, que detienen el 'espacio vacío' en el protón de ser algo que realmente podría ir a través de.
