Может ли составной бозон, такой как пион, быть обменной частицей для сильного ядерного взаимодействия?

На фундаментальном уровне сильное взаимодействие описывается квантовой хромодинамикой , которая представляет собой теорию кварков и глюонов (разработанную в 1960-х годах).

Рассмотрим, например, столкновение протона и нейтрона. Согласно этой теории взаимодействие выглядит так. _{(изображение из Гиперфизики - Фундаментальные силы - Сильная сила )}

Однако существует и мезонная теория ядерных сил (более старая теория, разработанная Юкавой еще в 1935 г.). Эта теория рассматривает нуклоны (протон$p$, и нейтрон$n$) как элементарный, и моделирует взаимодействие между ними обменом пионами ($\pi^0$,$\pi^+$,$\pi^-$).

С этой теорией столкновение протона и нейтрона выглядит так. _{(изображение из Гиперфизики - Фундаментальные силы - Сильная сила )}

Эта теория может успешно объяснить физику атомных ядер и столкновений между нуклонами.

Но он не может предсказать правильные экспериментальные результаты, когда энергия столкновения выше, чем$\approx 200\text{ MeV}$(или, что то же самое, когда частицы приближаются друг к другу ближе, чем$\approx 10^{-15}\text{ m}$).

Физики заметили, что более простая мезонная теория ядерных сил на самом деле является приближением к полной теории квантовой хромодинамики , когда она ограничена низкими энергиями ($<200\text{ MeV}$). Вы можете получить интуитивное представление об этом приближении, взглянув на первое изображение выше. Уменьшите масштаб, пренебрегите некоторыми деталями, и вы получите второе изображение.

Кроме того, полная теория квантовой хромодинамики также правильно предсказывает существование и свойства других барионов помимо нуклонов (таких как$\Lambda$,$\Sigma$,$\Delta$,$\Xi$,$\Omega$) и другие мезоны помимо пионов (например,$K$,$\eta$).

Возможно, было бы ошибкой говорить о силах в квантовых теориях поля, потому что, в конце концов, все, что у нас есть, — это некий набор полей, взаимодействующих определенным образом. В конце концов, я считаю, что причина, по которой мы до сих пор называем определенные вещи «силами», заключается в электромагнетизме и в том, как вещи развивались исторически.

В конце концов, стандартная модель — это калибровочная теория со множеством причудливых прибамбасов, которые гарантируют, что она делает все, что нам нужно. Но тем не менее это калибровочная теория. Язык, который люди разработали, чтобы говорить об этих вещах, относится к калибровочным потенциалам как к носителям или посредникам некоторой силы. Хотя в случае стандартной модели имеет место нарушение симметрии, что немного усложняет ситуацию, тем не менее, мы называем поля, исходящие от первоначальных калибровочных потенциалов (некоторые из которых уже приобрели массу), носителями некоторой силы.

Так что в основном это просто языковая точка, используемая для обозначения определенного типа поля в теории.