Отталкиваются ли заряды кварков друг от друга?

Экспериментально было измерено распределение заряда протонов и нейтронов в зависимости от радиуса.

Таким образом, разное содержание заряда двух нуклонов влияет на распределения. Как говорится в другом ответе, это режим, при котором только модели квантовой хромодинамики могут пытаться описать волновые функции кварков внутри нуклонов, поэтому, если слово «сила» имеет значение, оно связано с потенциалом, который представляет его классически. В нуклоне это не простой 1/r кулоновский потенциал между свободными кварками, так как в проблеме доминирует сильное взаимодействие с цветными зарядами между кварками.

В режиме элементарных частиц, частью которых являются кварки, обычно говорят о взаимодействиях , а не о силах, но их тоже называют силами:

Фундаментальные взаимодействия, также известные как фундаментальные силы, — это взаимодействия в физических системах, которые не сводятся к более фундаментальным взаимодействиям. Существует четыре общепринятых фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное ядерное и слабое ядерное. Каждая из них понимается как динамика поля. Гравитационная сила моделируется как непрерывное классическое поле. Остальные три моделируются как дискретные квантовые поля и демонстрируют измеримую единицу или элементарную частицу.

Если у вас есть электрон и протон, можно найти кулоновский потенциал 1/r для атома водорода и получить результаты, соответствующие спектральным данным. 1/r возникает из-за связи консервативных сил с потенциалом (-dV(x)/dx=F(x)), поведением электромагнитной силы, хотя это и не является чем-то, что можно измерить напрямую. Только распределения вероятностей нахождения электрона в точке (x, y, z, t) могут быть предсказаны квантово-механической теорией/моделью.

В случае сильного взаимодействия между кварками существуют цветовые заряды, которые притягиваются, а потенциал имеет вид ~r^2, увеличиваясь с расстоянием. Взаимодействие между этими двумя потенциалами при вводе в квантово-механические модели должно давать наблюдаемые распределения, а также другие функциональные формы, такие как диполи и квадруполи.

Это не осмысленный вопрос.

Нет, правда, это не так. Кварки не существуют как свободно заряженные объекты, на которые мы могли бы взять классический предел и рассмотреть «силы» на них. Они ограничены и встречаются только как составляющие связанных состояний. В квантовой механике нет смысла спрашивать, «отталкиваются» ли составляющие связанного состояния или «притягиваются» друг к другу. Электроны в атоме ни в каком значимом смысле не «притягиваются» ядром, за исключением «притягивающего» кулоновского потенциала, который в первую очередь отвечает за существование связанных электронных состояний, но «силы» нет. Все, что останется от классического представления о силе, — это определенный вклад в энергию связи от соответствующего потенциала.

В статье Тимоти Пола Смита «Анатомия нейтрона» (доступна онлайн) автор сказал на рис. 3, что «в кварковой модели, включающей спин, существует отталкивание (отталкивание?) между кварками с параллельными вращается, поэтому кварки будут иметь слегка искаженные орбиты. В протоне влияние на радиус заряда почти незаметно. Однако в нейтроне оно приводит к слегка отрицательной поверхности и небольшому положительному центру».

Отталкиваются ли заряды кварков друг от друга?

Нет. Кварки — это не маленькие шарики и не точечные заряды. Это квантовая теория поля, а не квантовая теория точечных частиц. Это волновая природа материи, а не ее точечно-частичная природа. Взгляните на некоторые изображения электромагнитных волн . Первая часть волны положительная, вторая часть отрицательная. Но две части не отталкивают друг друга. Аналогично для кварков. Вы можете решить это, подумав о дифракции протонов , образовании и аннигиляции пар. В низкоэнергетической аннигиляции протонов-антипротонов с гамма-фотонами вы начали с двух волнообразных вещей и закончили двумя волнообразными вещами. Тот факт, что первые состоят из трех частей, а вторые — из двух, не имеет большого значения.

Положительные электрические заряды отталкивают другие положительные заряды, а отрицательные отталкивают отрицательные. Но происходит ли это и с кварками?

Нет, потому что кварк на самом деле не заряженная частица, как электрон. Я знаю, что люди говорят, что это фундаментальная частица, но никто никогда не видел свободный кварк. ИМХО, лучше думать об этом как о «частице с наименьшим общим знаменателем», а не как о реальной частице. Аналогично для глюонов. Глюоны в обычных адронах, таких как протон, виртуальны , а виртуальные частицы существуют только в математике модели .

Я никогда не встречал упоминания об этом, но если это так, значит ли это, что верхние кварки в протоне активно отталкиваются друг от друга, не так ли? То же самое, конечно, и для нижних кварков в нейтронах.

Нет. Как сказал ACuriousMind, кварки не существуют как свободно заряженные объекты, они ограничены и возникают только как составляющие связанных состояний. ИМХО, чтобы действительно понять это, вам нужно обратиться к топологической квантовой теории поля . Видите синие трилистники в верхней части страницы клуба TQFT ? Они существуют по какой-то причине, и это самый сокровенный секрет в физике. Поройтесь, и вскоре вы найдете эти изображения протона и трилистника:

Поместите палец на трилистник в левом нижнем углу, затем обведите его против часовой стрелки, называя направления пересечения: вверх, вниз вверх . Теперь, где вы слышали это раньше? РЖУ НЕ МОГУ! Кварки — это всего лишь части связанного состояния. Это не точечные частицы. Если бы это было так, вы не смогли бы дифрагировать протоны, нейтроны или фуллерены. Кварки — это «партоны» или части, а не вещи, которые могут существовать сами по себе.