Fuerza fuerte entre quarks que están fuera de contacto causal

Question

Este es un escenario bastante artificial, pero me ha estado molestando últimamente.

Antecedentes

Debido al confinamiento en la QCD, los quarks están ligados en configuraciones de color neutro. Cualquier intento de separar un quark de este estado de confinamiento cuesta tanta energía que es suficiente para producir nuevos quarks por pares, de ahí los quark-jets en los experimentos con aceleradores.

Configurar

Ahora estoy considerando el escenario inverso (hipotético). Supongamos que tenemos inicialmente dos quarks (up y anti-up, por ejemplo) que están colocados muy lejos el uno del otro. Por lejos me refiero a más lejos que cualquier otra escala de longitud en CQD. Ahora, deja que los dos quarks se acerquen el uno al otro, como en un experimento de dispersión.

Pregunta

¿A qué distancia empiezan a interactuar los dos quarks y qué ocurre? Como la fuerza fuerte es confinante, la interacción debería ser más fuerte cuanto más lejos estén los quarks, pero no pueden interactuar fuera de sus conos causales, así que ¿cómo funciona esto a distancias realmente largas?

Mis pensamientos

Imagino que los quarks "libres" están en un estado metaestable y que el verdadero estado básico es aquel en el que varios pares de quarks se han emparejado para unirse a los dos quarks iniciales. Por lo tanto, cuanto más cerca estén los dos quarks iniciales, más pequeña será la barrera energética entre el estado metaestable y el verdadero estado básico. Por lo tanto, a una cierta separación $r$ hay una escala de tiempo característica antes de que se produzca la producción de pares.

Answer 1

No creo que esta suposición sea legítima:

Supongamos que inicialmente se tienen dos quarks (up y anti-up por ejemplo) que se colocan lejos del contacto causal entre ellos

para un montaje experimental real. En efecto, ¿cuál habría sido la historia previa de esos dos quarks desparejados (fuera del cono de luz del otro), para producirse aisladamente?

Si, por el contrario, usted suponga que esta configuración, que su pregunta se vuelve interesante.

Answer 2

La fuerza fuerte es similar al electromagnetismo (la única diferencia es el grupo gauge), y al igual que las líneas de campo electromagnéticas, las líneas de campo de la fuerza fuerte tienen que originarse/terminar donde hay carga. Cualquier otra cosa violaría la versión de la fuerza fuerte de las ecuaciones de Maxwell.

En particular, si el universo contiene sólo dos quarks, y el campo va a cero en el infinito, entonces necesariamente hay líneas de campo que conectan los quarks. De todas las formas posibles de hacerlo, la configuración de menor energía es un tubo de flujo estrecho y recto.

Si de alguna manera se pudiera producir esta configuración, en el siguiente instante se desintegraría en pares quark-antiquark, por lo que nunca se tendría la oportunidad de reunir los quarks originales. Cualquier otra configuración de campo tendría una energía mayor, por lo que el resultado sería el mismo pero más.

Si esa desintegración nunca se produjera (lo cual es absurdamente improbable, pero no más improbable que producir esta configuración en primer lugar), simplemente tendrías un tubo de flujo ejerciendo una fuerza constante de 10.000 N sobre cada quark como siempre. La fuerza proviene de la configuración del campo local, no del otro quark.