Почему энергия связи кварков добавляет массу нуклонам, а не уменьшает ее? [дубликат]

Масса нуклонов больше суммы масс составляющих его кварков. Я понимаю, что это потому, что вы должны учитывать энергию связи этих кварков.

Чего я не понимаю, так это того, что в курсе ядерной физики меня учили, что масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов, потому что энергия связи между ними отрицательна, чтобы сделать его стабильным.

Итак, если энергия связи нуклонов отрицательна, потому что предполагается, что это сила притяжения, которая поддерживает стабильность нуклонов, то почему энергия связи кварков увеличивает массу нуклонов, а не уменьшает ее, если она также является силой притяжения, поддерживающей устойчивость кварков?

Я понимаю, что в кварковом режиме мы должны иметь дело с квантовой хромодинамикой, а понятия силы и энергии не так просты, но я ожидал, что энергия связи любого притягивающего взаимодействия в любом случае будет отрицательной...

Ответы (1)

Когда вы говорите, что энергия связи, скажем, атома водорода отрицательна, вы сравниваете два состояния

  • Атом водорода, где две частицы находятся в непосредственной близости друг от друга
  • Свободный протон и свободный электрон, когда две частицы находятся на произвольном расстоянии друг от друга (где они свободны).

То же самое относится, когда говорят, что связанное ядро ​​менее массивно, чем составляющие: вы сравниваете со случаем, когда они были отделены друг от друга (т. е. они свободны).

Однако говорить о сравнении массы бариона с массами валентных кварков, удаленных друг от друга на большое расстояние, не имеет смысла: конфайнмент означает, что второе состояние не является физически реализуемой ситуацией.

Тогда с чем мы сравниваем?

Я рад, что вы спросили. Мы замечаем, что при глубоко неупругих столкновениях мы как бы отскакиваем от партонов, которые действуют так, как будто они свободны. Это называется « асимптотической свободой ».

Итак, мы сравниваем массу бариона с суммой масс валентных кварков, определенной при высокой энергии взаимодействия (где они свободны).

Итак, почему это устанавливает знак привязки? Мы привыкли определять ноль потенциальной энергии в ситуации, когда взаимодействие, о котором вы беспокоитесь, ушло в ноль. Для кулоновской силы, которая находится на бесконечном расстоянии друг от друга. Для сильного ядерного взаимодействия вы можете использовать что угодно, превышающее 10 ферми, но обычно мы также принимаем его за бесконечность. Для реального сильного взаимодействия между кварками и глюонами необходимо установить, где они свободны, то есть на нулевом расстоянии. И чтобы разъединить их, требуется энергия, так что все ненулевые разделения имеют положительную потенциальную энергию, дающую связанному состоянию больше массы, чем сумма составляющих масс.

«Для реального сильного взаимодействия между кварками и глюонами необходимо установить их там, где они свободны, то есть на нулевом расстоянии». Почему нулевое разделение? Вы имеете в виду, что при нуле сила разделения равна нулю?
@Theasgardian Это аналогично потенциальной и кинетической энергии растянутой пружины. Взгляните на изображения здесь en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement
@anna v когда пружина не растянута, восстанавливающая сила равна нулю. Точно так же сила между кварками меньше, когда расстояние между ними меньше, и ноль, когда расстояние равно нулю ... вы имеете в виду это?
@Theasgardian да, сила между кварками и глюонами зависит от расстояния, чем больше расстояние, тем сильнее сила. Посмотрите здесь profmattstrassler.com/articles-and-posts/…
Отличный ответ! У меня есть еще один вопрос: если состояние, в котором кварки разделены, не является физическим, как мы можем знать массу кварков? и, что более важно, имеет ли смысл говорить о массе, если частица не может быть по-настоящему свободной?
@PCSpaniel Это нетривиальные вопросы, и сообществу потребовалось некоторое время, чтобы прийти к какому-либо консенсусу по поводу ответов. Экспериментальный ответ состоит в том, что мы измеряем кинематику рассеяния, скажем, электронов при очень большой передаче импульса (где они не подвержены значительному сильному взаимодействию) и находим квазиупругую массу частиц, от которых они отскакивают, но это только получает мы до сих пор. Затем следует много моделирования, подгонки и вычислений. Десятилетия работы были вовлечены, и я действительно не эксперт. Анна v могла бы дать лучшее резюме.
Почему энергия связи кварков добавляет массу нуклонам, а не уменьшает ее? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v