Что разделяет кварки (сильная сила притягивает, но что отталкивает, чтобы уравнять)

Поскольку сильное взаимодействие (опосредованное глюонами) сближает кварки, что удерживает кварки отдельно друг от друга, то есть почему кварки не сближаются и не врезаются друг в друга? Я вижу только сильную притягивающую силу, а какая другая сила здесь отталкивает и уравнивает?

Начнем с того, что кварки, в отличие от протонов и нейтронов, не являются составными, они являются элементарными частицами в стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает данные до сих пор.

Вот иллюстрация, которая описывает, что происходит внутри составного протона:

Кварки, антикварки и глюоны танцуют вокруг, аннигилируют и создают пары без остановки, поэтому они «перекрываются» на фейнмановских диаграммах индивидуальных взаимодействий и аннигилируют. Три валентных кварка теряются в супе, и в любом случае это вопрос сохранения квантовых чисел, для протона должен быть избыток одного нижнего и двух верхних .

Таким образом, дело не в отталкивании, а в том, что общая кварковость вверх и вниз должна составлять в сумме валентные кварки протона, и то же самое верно для избытка нейтрона на два вниз и один вверх в бульоне.

Я понимаю, что в случае двух протонов две силы уравниваются, электрическая сила отталкивает, а ядерная притягивает. Поэтому два протона стабильны в ядре и не разлетаются и не врезаются друг в друга. В случае нейтрона нет электрической силы для отталкивания, но есть ядерная сила для притяжения, поэтому нейтрон притягивается к другому нейтрону или протону, но что удерживает нейтрон от столкновения с другим нейтроном или протоном?

Нейтрон, как и протон, является связанным состоянием КХД. Связан как атом водорода. По той же причине, что если вы ударяете два атома водорода друг о друга при низких энергиях, они остаются атомами водорода, а ударяя два нейтрона при низкой энергии друг о друга, они остаются нейтронами, специфическим (сложным) связанным состоянием кварков. При высоких энергиях они будут создавать множество пар кварк-антикварк, как и результаты, наблюдаемые в рассеянии протонов на LHC, хотя сохранение барионного числа сохраняется во всех взаимодействиях элементарных частиц.

В заключение речь идет не о столкновении и отталкивании, а о сохраняющихся квантовых числах и/или связанных состояниях.

В КХД на решетке они предполагают потенциал, и там они могут приближенно решить, чтобы найти массы для пионов и каонов, в пределах модели.

1. Сильное взаимодействие сближает кварки, но оно также становится слабее по мере приближения кварков (то есть действует как пружина) в явлении, известном как «асимптотическая свобода». Таким образом, сильное взаимодействие сильно отличается от электромагнетизма, где сила становится сильнее, если заряды расположены ближе друг к другу. Таким образом, нет никаких оснований ожидать, что кварки, расположенные близко друг к другу, немедленно аннигилируют, поскольку на них просто не так уж много силы.

2. Сила, удерживающая нуклоны вместе, описывается нуклон-нуклонным (NN) потенциалом, который выглядит следующим образом (горизонтальная ось$r$, вертикальная ось$V$):

Потенциал NN представляет собой остаточное взаимодействие, возникающее в результате очень дальнодействующих реакций между кварками в соседних нуклонах. Поскольку реакция дальнодействующая, обмен цветовым зарядом (и, следовательно, глюонами) невозможен. Таким образом, медиаторы этой силы нейтральны по цвету и состоят из более легких мезонов (например,$\pi$,$\rho$, и$\sigma$). Из-за этого природа этого остаточного взаимодействия полностью отличается от сильного взаимодействия на кварковом уровне. В частности, обратите внимание на сильное отталкивание, происходящее на расстояниях менее 1 фм (т. е. диаметра нуклона). Это отталкивание, опосредованное вектор-мезоном ($\rho$) обмен, это то, что разделяет протоны и нейтроны.

Я вижу только сильную притягивающую силу, а какая другая сила здесь отталкивает и уравнивает?

Вы должны понимать, что физика построена на большом количестве предположений, и совокупный набор предположений совпадает с экспериментальной реальностью, по крайней мере, в статистическом смысле.

Предполагается, что электрическая сила действует одинаково при всех размерах. Это потому, что электрическая сила была изобретена до того, как мы узнали что-либо об атомах. Были изобретены исчисления, и применение исчисления к электрической силе автоматически привело к предположению, что все они работают одинаково вплоть до отдельных точек.

Когда в ответ на экспериментальные данные было изобретено атомное ядро, предполагалось, что ядро ​​представляет собой шар из протонов и нейтронов. Поскольку протоны и нейтроны были обнаружены вне ядер, было естественно предположить, что ядра состоят из них.

Но предполагалось, что протоны — это маленькие заряженные шарики, которые действуют одинаково во всех направлениях во все времена. Это самое простое предположение. Почему ядра не разлетелись от отталкивания? Они полагали, что существует мощная сила, удерживающая их вместе.

Почему ядра не коллапсировали в точки? Они предполагали, что есть сила, раздвигающая их, действующая только на коротких расстояниях. (Они предположили, что она действует не только на коротких расстояниях, но и быстро ослабевает на больших расстояниях. Это означало бы, что закон обратных квадратов не совсем применим вблизи атомных ядер, потому что там сила отталкивания будет слабо отталкивающей. предположение, которое, возможно, можно было бы проверить.)

Почему бы не дать отталкивающей силе другое название, чем сильное взаимодействие, удерживающее ядра от взрыва? Зачем иметь вторую сложную силу вместо двух более простых сил? Историческая случайность. Они изобрели кое-что, чтобы решить два вопроса, возникшие у них после того, как они предположили, что электрическая сила действует на протоны в ядре так же, как и на пробковые шарики диаметром 1 см, и решили думать об одной гипотетической силе для решения двух задач.

Предположения в некотором роде произвольны, но сложив их вместе, они в среднем соответствуют экспериментальным данным в статистическом смысле.