Как простое движение глюонов удерживает кварки вместе?

Вы столкнулись с одним из самых интересных вопросов КЭД и КХД, а именно, как мы можем моделировать силы притяжения и отталкивания путем обмена безмассовыми посредниками (фотоном и глюоном соответственно)? Ответ математически очень сложен, и когда мы ищем объяснение в нашем повседневном классическом представлении, мы находим очень хорошую аналогию:

Это очень хорошие классические аналогичные объяснения того, как законы сохранения импульса могут подчиняться обмену частицами-посредниками (в вашем случае глюонами). Что касается сил отталкивания, их легче понять, бросая мячи друг в друга, но силы притяжения немного сложнее понять классически, эти бумеранги могут дать хорошую аналогию.

Как фотоны могут притягивать заряды?

Все внутренние линии на диаграмме Фейнмана являются носителями силы, т. е. передают dp/dt по построению, а не только калибровочные бозоны. См., например, диаграмму комптоновского рассеяния. Решеточная КХД идет за прямыми решениями на решетке, поэтому понятие виртуальных частиц не нужно. Это другой вычислительный подход, хотя в статье в расчетах используются пропагаторы кварков.

Всегда ли частицы, несущие силу, являются виртуальными частицами?

Очень важно понимать, что обычно эти медиаторные обмены описываются с помощью математической модели, использующей виртуальные частицы (подобно виртуальным фотонам), хотя в случае решеточной КХД виртуальные частицы не нужны.

К сожалению, красивого ответа нет.

Выходной ответ заключается в том, что квантовый мир странен, и ваша картина шаров на самом деле не работает на этом уровне.

Несколько лучший ответ: обмениваемые глюоны виртуальны, это означает, что они на самом деле не существуют, что позволяет им вести себя так, как это классически запрещено.

Аналогия с людьми, бросающими мячи друг в друга, на самом деле не работает. В квантовой теории поля все взаимодействия происходят посредством обмена частицами, но ситуация на самом деле совсем не похожа ни на одну аналогию, которую я когда-либо слышал в классической механике. Объяснение в математике.

Частицы взаимодействуют друг с другом через поле (например, электромагнитное поле или калибровочное поле), и когда мы применяем законы квантовой механики к полю, мы обнаруживаем, что энергия поля может поступать только дискретными порциями (квантами). которые мы связываем с частицами. Например, для электромагнитного поля ассоциированной частицей является фотон, поэтому электромагнитные взаимодействия, опосредованные электромагнитным полем, происходят посредством обмена фотонами.

Простая причина, по которой ваша аналогия с метанием мяча вводит в заблуждение, состоит в том, что вы не можете бросать «виртуальные» мячи, т.е. мячи, у которых нарушено соотношение энергия-импульс. Кроме того, не локализованы «точки взаимодействия», где одна частица отсылает обменную частицу, а другая ее ловит.

Когда вы заходите слишком далеко с историей об «обмене частицами», она ломается. Я всегда предпочитаю думать обо всей истории как о графическом представлении математических выражений. Слишком много всего происходит в КТП, особенно в КХД, где вы даже не найдете свободных элементарных частиц из-за ограничения.

Проблема в том, что наша классическая интуиция просто ошибочна на этом уровне, поэтому бесполезно пытаться строить квазиклассические интерпретации, имхо.

Аналогия с «бросанием мячей друг в друга» дает действительно ясную картину для сил отталкивания, но не для сил притяжения. Я видел попытки с бумерангами и не отпусканием, но в основном это не работает. Я подозреваю, что, несмотря на то, что это часто встречается при популяризации КЭД и других сил, нам было бы лучше не использовать его. Извини. Но это больше сбивает с толку, чем помогает.

Позвольте мне предложить - осторожно - альтернативу, которая не является полностью удовлетворительной, но, вероятно, лучше, чем прибегать к фразе "Все дело в теоретических квантовых вещах".

Между частицами существует поле, являющееся некоторой функцией смещения между ними. Эту функцию можно разложить как преобразование Фурье — это элементарная математика. Это визуализируется как синусоидальные/косинусоидальные стоячие волны.

Теперь стоячую волну можно представить как сумму двух бегущих волн.$cos(kx)e^{i\omega t}=(e^{i(kx+\omega t)}+e^{i(-kx+\omega t)})/2$. Если одна частица поглощает одну из бегущих волн, а другая частица поглощает другую, то каждая частица приобретает некоторый импульс. Эти импульсы равны и противоположны, и могут быть притягивающими или отталкивающими в зависимости от того, какая частица какую волну поглощает.