Откуда берется большая часть массы обычного вещества? [дубликат]

Ваш вопрос спрашивает, почему «текущие массы кварков» [см. http://pdg.lbl.gov/2011/download/rpp-2010-booklet.pdf на странице 21] кварков, составляющих протон, не складываются. к массе протона. Проблема в том, что для легких кварков «текущие массы кварков» сильно отличаются от «основных масс кварков» [см. Википедию]. «Основные массы кварков» в основном означают: то, что вы ожидаете от наивной модели, где протон — это uud, а нейтрон — udd. Принимая во внимание, что «текущие массы кварков» означают: что вы ожидаете от независимой от массы схемы вычитания, такой как$\bar {MS}$в масштабе$\mu\sim 2GeV$, что в основном является причудливым способом сказать «это сложно».

Причина, по которой они различаются, заключается в том, что сильное ядерное взаимодействие (также известное как квантовая хромодинамика) является «асимптотически свободным», т. е. его легко понять только при очень высоких энергиях с точки зрения отдельных частиц. При низких энергиях, таких как протоны, «мешок кварков», из которых состоит протон, нельзя рассматривать как отдельные частицы, потому что между кварками и глюонами внутри протона существует большое и трудно определяемое взаимодействие. Эту энергию взаимодействия можно рассматривать как «составляющую разницу масс», хотя было бы так же хорошо сказать, что протон НЕ состоит всего из трех кварков. Скорее, он состоит из множества кварк-антикварковых пар и глюонов, поверх которых сидят три «лишних» кварка: u, u и d.

Принцип эквивалентности говорит нам, что энергия и масса на самом деле являются просто двумя сторонами одной медали и связаны соотношением$E = m c^2$. Переставляя, мы получаем, что$m = E/c^2$, поэтому вместо того, чтобы спрашивать, откуда берется вся эта масса, давайте спросим, ​​откуда берется вся эта энергия. В случае протона есть несколько кварков и глюонов, которые его составляют, и они, безусловно, вносят часть энергии в виде своей энергии покоя (массы этих частиц), но большая часть исходит от потенциальной энергии сильное взаимодействие между различными частицами, составляющими протон. Поскольку масштаб этих взаимодействий намного больше, чем массы покоя верхних и нижних кварков, большая часть энергии протона исходит от этого, а не от голых масс любого из составляющих кварков.

Точно так же предположим, что у вас есть два электрона очень близко друг к другу, и вы вместе измерили их общую массу. Вы бы измерили массу так, чтобы она была чуть более чем в два раза больше массы электрона, потому что есть также много потенциальной энергии, когда эти две заряженные частицы находятся так близко друг к другу. Точно так же масса атома водорода немного меньше, чем масса протона плюс масса электрона, потому что протон и электрон вместе имеют отрицательную электромагнитную потенциальную энергию (они притягивают друг друга), что отрицательно влияет на массу. атома водорода.

Три кварка, о которых вы говорите, обычно называют валентными кварками протона, и их вклад в массу протона таковым не является. В ускорителях частиц, когда мы сталкиваем протоны с пучками высоких энергий, мы обнаруживаем, что протоны состоят из группы более мелких составляющих (таких как кварки и глюоны, которые постоянно создаются и разрушаются в парах частица-античастица). При более низких энергиях протон кажется состоящим из трех кварков, но для столкновений более высоких энергий мы обнаруживаем, что протон на самом деле состоит из множества таких частиц. Эти частицы составляют «недостающую» массу протона.

Редактировать: смотреть на протон как на частицу было бы неправильно, потому что на самом деле он состоит из квантовых полей. (как и все остальное). Эти поля «действуют» по-разному в зависимости от того, сколько энергии вы «предлагаете» для их наблюдения. При более низких энергиях протон ведет себя как три частицы, но вы можете заметить, что при более высоких энергиях он состоит из гораздо более плотной смеси.

(Извините, если я использовал странные слова, такие как разыгрывать и предлагать, QM и слова мне не очень подходят.)