Это то, что озадачило меня на некоторое время. Скажем, у вас есть протон с кварками uud, причем u-кварки имеют заряд +2/3, а d-кварки -1/3. Разве это не идеально подходит для удержания кварков внутри протона с точки зрения электростатических сил между тремя кварками. В какой момент и по какой причине возникла необходимость в привлечении глюонов для обеспечения дополнительного «цветового заряда» для обеспечения удержания кварков. Почему обычной электростатической силы недостаточно?
Принцип неопределенности говорит нам, что чем сильнее вы ограничиваете объект, тем больше неопределенность его энергии. Например, вы можете использовать это как махание рукой, чтобы рассчитать размер атома водорода по энергии его основного состояния или наоборот.
И когда мы это делаем, мы обнаруживаем, что электростатическая сила просто недостаточно сильна, чтобы удерживать кварки внутри ядра. Если бы у нас было три кварка, взаимодействующих только за счет электростатической силы, мы бы получили объект примерно такого же размера, как атом. Единственный способ получить такое маленькое связанное состояние, как ядро, — это иметь гораздо более сильное взаимодействие, связывающее кварки вместе. Эта гораздо более сильная сила, конечно, является сильной силой.
Есть еще одна проблема, связанная с необходимостью цветового заряда и связанных с ним калибровочных полей.
Я приведу цитату из раздела 9.1 Цветовые степени свободы « Калибровочных теорий в физике элементарных частиц »:
Для бариона, состоящего из трех кварков со спином 1/2, исходная волновая функция нерелятивистской модели кварка приняла форму
Вскоре стало понятно (например, Далиц, 1965), что произведение этих пространственных, спиновых и флейворных волновых функций для барионов в основном состоянии симметрично относительно обмена любыми двумя кварками.
...
Но мы увидели в что квантовая теория поля требует, чтобы фермионы подчинялись принципу исключения, т. е. волновая функция должно быть антисимметричным относительно обмена кварками. Простой способ реализовать это требование состоит в том, чтобы предположить, что кварки несут дополнительную степень свободы, называемую цветом, по отношению к которой волновая функция 3q может быть антисимметрична следующим образом.
...
С добавлением этой степени свободы мы, безусловно, можем сформировать трехкварковую волновую функцию, антисимметричную по цвету, используя антисимметричный символ , а именно
и затем это должно быть умножено на (9.1), чтобы получить полную волновую функцию 3q.
Альфред Центавр
тпаркер
Сэм Коттл