Несколько вопросов о кварках, глюонах и сильном взаимодействии

Пойдем:

[1] Из DIS (глубоко неупругого рассеяния) электрона-протона мы можем представить, что фотон, обменявшийся в процессе, «видит» распределение партона (возможного компонента протона) .

Мы можем представить поперечное сечение фотонов и составляющих протона. И мы можем проанализировать две ситуации:

Из поперечного сечения фотонов продольной (скалярной) спиральности$\sigma_{s}$и поперечное сечение фотонов поперечной спиральности,$\sigma_{t}$мы можем стабилизировать отношение:

$$\frac{\sigma_{s}}{\sigma_{t}}$$

И экспериментально мы знаем его значения. Из теории эта скорость стремится к бесконечности, если мы говорим о бесспиновой составляющей , и стремится к нулю (при высоких частотах рассеянного фотона) для полуспиновой составляющей . Вот откуда мы знаем, что кварки имеют половинный спин . ( это ответ 4 )

[2] Существует возбужденное состояние протона, называемое$\Lambda^{++}$. Эта частица состоит из 3 ап-кварков. Поскольку мы знаем принцип исключения, у нас не может быть 3 фермионов в одном и том же состоянии , если только нет дополнительной степени свободы, которую мы не учитываем.

Эта дополнительная степень свободы и есть Цветовой заряд. Но тот факт, что нам нужны 3 цвета (3 вида заряда), связан с выбором калибровочной группы, описывающей сильные взаимодействия, SU (3) .

Именно благодаря этому выбору мы имеем неабелеву калибровочную симметрию , которая означает, что наши калибровочные бозоны (в данном случае глюоны) взаимодействуют друг с другом, потому что в неабелевом случае:

$$F_{\mu \nu} = {\partial}_{\mu} A_{\nu} - {\partial}_{\nu} A_{\mu} - iq[A_{\mu},A_{\nu}]$$

Последний член ( коммутатор )$A_{\mu}$и$A_{\nu}$не обращается в нуль, поэтому лоренц-инвариантный член в лагранжиане$F_{\mu \nu}F^{\mu \nu}$дает трехпольное и четырехпольное взаимодействия калибровочных бозонов. ( это ответы 3 и 2 )