¿Por qué tienden a bond en grupos de tres quarks?

Question

¿Por qué los quarks tienden a bond en grupos de tres?

Entiendo por lo que es posible en bonos en grupos de tres para crear una carga neta de cero (es decir, los neutrones), pero no entiendo por qué se forman los protones y no, por ejemplo, comúnmente se forman en grupos de cuatro. He hecho la investigación de fondo sobre esta cuestión, y no he encontrado ninguna información. El artículo de la wikipedia en bariones (https://en.wikipedia.org/wiki/Baryon) no era útil.

Para resumir, ¿por qué son los mesones y bariones más común que otros hadrones?

Answer 1

Brevemente, un colisionador tiene que ser de color singlete ${\bf 1}$ bajo $SU(3)_C$ color del indicador de grupo, debido a color confinamiento. Ejemplos:

• Una sola quark $q$ se transforma en fundamental representación ${\bf 3}$$SU(3)_C$, y es, por lo tanto no se permite. Véase también relacionados con Phys.SE post aquí.

• Un diquark $qq$ pertenece a el tensor de la representación ${\bf 3}^{\otimes 2}:={\bf 3}\otimes{\bf 3}\cong\bar{\bf 3}\oplus{\bf 6}_S$, lo que hemos descompuesto en irreps. Este no contiene singlete ${\bf 1}$, y es, por lo tanto no se permite. Véase también relacionados con Phys.SE puestos aquí y aquí acerca de $SU(3)$ tensor de representaciones.

• En un mesón, el quark-antiquark par $q\bar{q}$ pertenece a ${\bf 3}\otimes\bar{\bf 3}\cong{\bf 1}\oplus{\bf 8}_M$, que contiene un singlete ${\bf 1}$, y por lo tanto es permitido.

• El tercer producto tensor es ${\bf 3}^{\otimes 3}={\bf 3}\otimes{\bf 3}\otimes{\bf 3}\cong {\bf 1}\oplus 2\cdot{\bf 8}_M\oplus{\bf 10}_S$. En una de bariones, los tres quarks $qqq$ forma totalmente antisimétrico representación $\wedge^3 {\bf 3}\cong {\bf 1}$$SU(3)_C$, que es isomorfo a un singlete ${\bf 1}$, y por lo tanto es permitido. Véase también relacionados con Phys.SE post aquí. El más ligero de bariones, el protón, es estable en el modelo estándar debido a bariones/quark número de la conservación. (Sin embargo, véase el caso de la desintegración de protones.)

• El producto tensor ${\bf 3}\otimes{\bf 3}\otimes\bar{\bf 3}\cong 2\cdot{\bf 3}\oplus {\bf 6}_M\oplus {\bf 15}_M$ no contiene singlete ${\bf 1}$, por lo que la combinación de $qq\bar{q}$ es no permitido.

• El cuarto producto tensor es ${\bf 3}^{\otimes 4}\cong 3\cdot{\bf 3}\oplus 2\cdot{\bf 6}_M\oplus 3\cdot{\bf 15}_M\oplus{\bf 15}_S$. Este no contiene singlete ${\bf 1}$, por lo que cuatro quarks $qqqq$ son no permitido.

• Una "molécula" de mesones y bariones, por ejemplo, un tetraquark $q\bar{q}q\bar{q}$ o un pentaquark $qqqq\bar{q}$, también está permitido, pero es, obviamente, más pesado. Véase también relacionados con Phys.SE puestos aquí, aquí, y aquí.

Como se puede ver el número de quarks menos el número de anti-quarks debe ser divisible por 3.

Referencias:

1. G. 't Hooft, Introducción a la Mentira de los Grupos en Física, notas de la conferencia, en el capítulo 10. El archivo pdf que está disponible aquí.

Answer 2

Aquí es una manera de pensar acerca de esto...

Cualquier cosa hecha de quarks debe tener color neto neutralidad.

Los Quarks vienen en los siguientes colores, ROJO, AZUL, y VERDE, y los tres se combinan para ser de color neutro

Antiquarks vienen en los siguientes colores', ANTIRED, ANTIBLUE, y ANTIGREEN y todos tres se combinan para ser de color neutro

Los colores y sus anticolors se combinan para ser de color neutro (es decir, ROJO y ANTIRED se combinan para ser de color neutro)

Por lo tanto...
Un quark puede ser de color neutro
Dos quarks no pueden ser de color neutro
Un quark y un antiquark puede ser de color neutro [MESÓN]
3 quarks pueden ser de color neutro [BARIONES]
Dos quarks y dos antiquarks puede ser de color neutro [TETRAQUARK]
4 quark y un antiquark puede ser de color neutro (tres colores + colores/anticolor) [PENTAQUARK]

Usted puede ver que el singular que los quarks y los diquarks no son posibles y que los bariones y los mesones son más simples en su estructura, por lo tanto, más común.