Sabemos que la suma de las masas de los quarks en un protón es aproximadamente $30~\text{MeV}/c^2$, mientras que la masa de un protón es $931~\text{MeV}/c^2$. Esta masa extra se atribuye a la energía cinética de los confinados los quarks y el confinamiento de campo de la fuerza fuerte. Ahora, cuando hablamos energéticamente favorable obligado sistemas, tienen un total de masa-energía menor que la suma de la masa de las energías de las entidades de la federación. ¿Cómo funciona un protón, un sistema de atado de los quarks, con su masa-energía mucho más que sus entidades constituyentes, se mantienen estables? La fuerza fuerte y otros energéticos interacciones supuestamente contribuir con esta masa-energía por la masa-energía del principio de equivalencia, pero, ¿exactamente cómo ocurre esto?
Respuestas
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Usted dice:
Ahora, cuando hablamos energéticamente favorable obligado sistemas, tienen un total de masa-energía menor que la suma de la masa de las energías de las entidades de la federación.
y esto es perfectamente cierto. Por ejemplo, si consideramos un átomo de hidrógeno, a continuación, su masa es de 13.6 ev menor que la masa de un protón y un electrón separados hasta el infinito - 13.6 eV es la energía de enlace. Es cierto que si tomamos un sistema de atado y separar sus componentes, a continuación, la masa total aumentará. Esto se aplica a los átomos, núcleos e incluso ligadas gravitacionalmente sistemas. Se aplica a los quarks en una de bariones así, pero con una arruga.
Para los átomos, los núcleos y ligadas gravitacionalmente sistemas de la potencial va a cero, ya que los componentes están separados por lo que el comportamiento en el infinito está bien definido. Si el constitiuents de estos sistemas están separados estar en reposo a una distancia infinita aparte, a continuación, la masa total es simplemente la suma de las masas de reposo. Por lo que el obligado estado debe tener una masa inferior a la suma de las masas de reposo.
Como Hritik explica en su respuesta, por quarks obligado a una de bariones por la fuerza que el potencial no vaya a cero en el infinito, en realidad se va al infinito en el infinito. Si pudiéramos (que no puede!) separar los quarks en un protón al infinito el sistema resultante tendría una masa infinita.
Por lo que el estado unida tiene una masa total menor que la separa del estado. Es sólo que la masa de los separados del estado no tiene una masa igual a la masa de las partículas individuales.
Usted puede mirar esto de una manera diferente. Para separar el electrón y el protón en un átomo de hidrógeno, necesitamos agregar energía al sistema por lo que si la energía adicional se $E$ la masa sube por $E/c^2$. Como la separación tiende a infinito de la energía $E$ va a 13.6 eV. Si tratamos de separar los quarks en un protón por una pequeña distancia, tenemos que poner la energía y la masa también va por $E/c^2$ al igual que en cualquier sistema de atado. Pero con la fuerza que la energía sigue subiendo como aumentar la separación y no tienden a ningún límite finito.
Esto sucede debido a una propiedad de la fuerza fuerte, llamado Libertad Asintótica. Esto hace que la interacción entre quarks para obtener asintóticamente más débil a medida que la distancia entre ellos disminuye. Esta es la razón por la que los quarks se encuentra siempre en un estado limitado y no están disponibles libremente en la naturaleza.
La fuerza fuerte de los confines de los quarks a una región en la que podría poseer una alta cantidad de energía cinética. (es decir, la libre circulación para ellas).
Algunos relacionados con las matemáticas:
La fuerza fuerte potencial, una aproximación clásica, en realidad (a partir de los estudios sobre enlazados a los estados de los quarks y antiquarks, puedo decir que es universal) puede ser representado por: $$V(r) = - \frac{4}{3} \frac{\alpha_s(r) \hbar c}{r} + kr$$
Si analizamos esto, el $\frac{1}{r}$ término domina de corto alcance, mientras que el $r$ plazo es más importante en una relativamente mayor distancia. El $r$ plazo es el confinamiento plazo, y muestra que el potencial en realidad aumenta a una distancia mayor, y por lo tanto es favorable para los quarks a permanecer juntos. Es similar para los protones y otros enlazados a los estados. (Al menos en un tiempo relativamente pequeña escala, debido a que el protón se supone generalmente que es inestable, como @CuriousOne se menciona en los comentarios. El límite inferior de un protón de la mitad de la vida se cree que ser de alrededor de $10^{35}$ años. )
Esta pregunta va a ser una lectura interesante: ¿Qué hay dentro de un protón?
