Пионы или глюоны являются посредниками между нуклонами?

Уважаемый qftme, я согласен, что ваш вопрос заслуживает более развернутого ответа. Ответ «пионы» или «глюоны» зависит от точности, с которой вы хотите описать сильное взаимодействие.

Исторически люди не знали о кварках и глюонах в 1930-х годах, когда впервые начали изучать силы в ядрах.

В 1935 году Хидэки Юкава сделал самый важный ранний вклад японской науки в физику, когда предположил, что могут существовать силы ближнего действия, в остальном аналогичные дальнодействующему электромагнетизму, потенциал которого равен

Таким образом, посредником сильного взаимодействия считался пион, и модель работала довольно хорошо. (В 1930-х годах люди также путали мюоны и пионы в космических лучах, используя названия, которые звучат странно для ушей современных физиков, например, мезотрон, гибрид пиона и мюона, но это уже другая история.)

Модель пиона была жизнеспособна даже тогда, когда в 1960-х годах ядерные взаимодействия понимались гораздо лучше количественно. Пионы - это «псевдоголдстоуновские бозоны». Это бесспиновые (почти) безмассовые бозоны, существование которых гарантируется существованием нарушенной симметрии — в данном случае это была$SU(3)$симметрия, вращающая три вкуса, которые мы в настоящее время знаем как вкусы$u,d,s$легкие кварки. Симметрия приблизительная, поэтому псевдоголдстоуновские бозоны, пионы (и каоны), не совсем безмассовые. Но они все равно значительно легче протонов и нейтронов.

Однако теория с фундаментальными пионными полями неперенормируема — она сводится к высокой нелинейности и сложности лагранжиана. Это неизбежно приводит к абсурдным предсказаниям на достаточно коротких расстояниях или достаточно высоких энергиях — расстояниях, которые короче радиуса протона.

Нужна была лучшая теория. Наконец, в квантовой хромодинамике было найдено, что все протоны, нейтроны и даже пионы и каоны (и сотни других) объясняются как связанные состояния кварков (и глюонов, и антикварков). В этой теории все адроны описываются как сложные составные частицы, и все силы в конечном счете сводятся к лагранжиану КХД, где сила обусловлена ​​глюонами.

Поэтому всякий раз, когда вы изучаете физику при достаточно высокой энергии или разрешении, чтобы видеть «внутри» протонов и кварков, вы, очевидно, должны использовать глюоны в качестве посланников. Пионы как вестники хороши только в приближенных теориях, в которых энергии много меньше массы протона. Это условие также в значительной степени означает, что скорости адронов должны быть намного меньше скорости света.

Это хорошие ответы!

Хотел добавить, что, как вы знаете, насколько сильно кварки соединяются друг с другом (или взаимодействуют друг с другом) зависит от импульса. Таким образом, внутри нуклонов (протонов и нейтронов) кварковая связь очень сильна (вот почему кварки заключены в нуклоны).

Поскольку при этих энергиях межкварковое взаимодействие настолько велико, его невозможно трактовать пертурбативно (т. е. в терминах глюонного обмена). Вот почему в режиме нуклонов вместо этого мы говорим об обмене мезонами, таком как обмен пионов (работа Виттена и Вайнберга), а не об обмене глюонами.

Таким образом, КХД имеет связь, зависящую от импульса. Так что при низких энергиях его нельзя трактовать пертурбативно (как кварки, обменивающиеся глюонами). Мы меняем нашу точку зрения на то, что барионы (подобно нуклонам) обмениваются мезонами.

глюоны опосредуют сильное взаимодействие между кварками. Пионы опосредуют ядерное взаимодействие, нуклон-нуклонное взаимодействие или ОСТАТОЧНОЕ сильное взаимодействие. Итак, ответ на ваш вопрос - ОБА. В разной мере, но и то, и другое. См. Википедию:

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_force

Если вы посмотрите на стандартную модель, вы найдете только глюоны. Это очень ясно и должно развеять любые сомнения. (Пионы - это исторический пережиток середины двадцатого века, которые дают лишь приблизительное представление.)