¿Cómo (o cuándo) los gluones cambian el color de un quark?

Sé que un barión solo es estable cuando contiene un quark de cada color. Y hasta donde yo sé, el gluón esencialmente cambia el color de un quark y pasa al siguiente, y esto es lo que mantiene unidas a las partículas. Pero en el proceso de movimiento del gluón de un quark al siguiente, ¿no tendría el barión dos quarks del mismo color, haciéndolo inestable? ¿O el gluón se mueve instantáneamente, o el barión no es lo suficientemente inestable como para decaer antes de que el gluón llegue al próximo quark? O... esencialmente, ¿cómo funciona realmente este proceso?

Respuestas (3)

La idea de que los bariones contienen tres quarks es un error significativo de simplificación excesiva . Funciona para algunos propósitos, pero en este caso causa mucha más confusión de lo que vale. Así que debería dejar de pensar en los bariones como grupos de tres quarks y empezar a pensar en ellos como excitaciones en campos cuánticos y, en particular, excitaciones en todos los campos cuánticos a la vez. Campos de quarks, campos de gluones, campos de fotones y todo. Estas excitaciones se propagan a través del espacio-tiempo y se convierten entre sí a medida que avanzan, y en un barión, la propagación y la conversión mutua se sustentan entre sí para que el barión pueda existir como una partícula coherente durante un tiempo.

Una de las condiciones requeridas de todas estas excitaciones en los campos es que sean un singlete de color, que es la versión de la interacción fuerte de estar descargado. Hay una justificación intuitiva simple para esto: así como una partícula con carga eléctrica tenderá a atraer partículas con carga opuesta para formar compuestos neutros (como protones y electrones que se atraen entre sí para formar átomos), algo que tiene la carga asociada con la interacción fuerte (color carga) atraerá otras partículas cargadas de color para formar compuestos neutros (singletes de color).

Ahora, si literalmente solo tuviera tres quarks, la única forma de convertirlos en un singlete de color es hacer que uno sea rojo, uno sea verde y el otro sea azul. 1 (O los equivalentes anticolor.) Pero con todas las excitaciones complicadas que componen un barión, hay todo tipo de formas de hacer un singlete de color. Podrías tener tres quarks rojos, un gluón antirojo verde y un gluón antirojo azul. O dos quarks rojos, dos quarks verdes, un antiquark antiazul, un gluón azul-antirojo y un gluón azul-antiverde. O así sucesivamente; las posibilidades son literalmente infinitas.

El punto es que en realidad no tienes que tener un quark de cada color en el barión en todo momento. Solo importa la carga total de color en el barión.

Dado eso, debería parecer razonable que los gluones cambien el color de los quarks cada vez que se emiten o absorben, de una manera que mantiene la carga de color total igual. Por ejemplo, un quark azul podría absorber un gluón verde-antiazul y convertirse en un quark verde.

1 Estoy pasando por alto algunos detalles de la mecánica cuántica aquí; específicamente, una función de onda singlete de color debe ser una combinación lineal antisimetrizada, como 1 6 ( r gramo b − r b gramo + gramo b r − gramo r b + b r gramo − b gramo r ) , No solo r gramo b . Pero mientras no se preocupe por qué quark es de qué color, a los efectos de esta respuesta, es seguro ignorarlo.

Tiene sentido, pero ¿sigue funcionando la idea del rebote de gluones? Supongo que para cambiar el color de los quarks (o incluso cambiar la estructura del barión) eso requeriría un gluón, o algo así, para ser absorbido en el proceso, al igual que en su ejemplo con el quark azul y el verde-antiazul. gluón. Si es así, ¿eso no haría inviable la idea del rebote del gluón, ya que el gluón simplemente sería absorbido en lugar de "reflejado", por así decirlo?
La reflexión es realmente solo absorción seguida de emisión. Los gluones se absorben y emiten constantemente, así que supongo que se podría decir que en algunos casos se reflejan.
Estoy seguro de que conoces a este David Z, pero esta respuesta es una simplificación excesiva de la forma en que funciona el color. Hay ocho cargas de color, no tres, y no podemos ignorar las superposiciones de la mecánica cuántica. Si tenemos un quark rojo arriba, un quark azul abajo y un quark extraño verde, eso no es un singlete puro. Se cobra una parte. Del mismo modo, cualquier combinación de colores en particular, como el rojo y el antirojo, no es un singlete puro y tiene un componente cargado.
@octonion De hecho, sé que esto es una simplificación excesiva, pero en mi opinión es apropiada para el nivel de esta pregunta.
+1 para "compuestos neutros": excelente manera de introducir de forma intuitiva singletes de color por analogía con la carga eléctrica.

El modelo en el que está pensando es realmente rudimentario y no puede explicar la dinámica de Quantum ChromoDynamics, QCD.

En este enlace hay una mejor exposición de lo que es un protón, dentro de QCD.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Es posible que haya oído que un protón está formado por tres quarks. Efectivamente aquí hay varias páginas que así lo dicen . Esto es una mentira, una mentira piadosa, pero una grande. De hecho, hay millones de gluones, antiquarks y quarks en un protón. La abreviatura estándar, "el protón está formado por dos quarks arriba y un quark abajo", es en realidad una afirmación de que el protón tiene dos quarks arriba más que antiquarks arriba, y un quark abajo más que antiquarks abajo. Para que la taquigrafía simplista sea correcta, debe agregar la frase "más millones de gluones y millones de pares de quarks y antiquarks". Sin esta frase, la visión que uno tiene del protón es tan simplista que no es posible entender el LHC en absoluto.

En el balance de conteo general, el protón es de color neutral y es la gran cantidad de intercambios de gluones lo que genera el potencial que mantiene a los tres quarks de valencia atados como un protón. Debido a que es un marco dinámico cuántico, las matemáticas no son simples y deben aproximarse mediante QCD de celosía .

Pero en el proceso de movimiento del gluón de un quark al siguiente, ¿no tendría el barión dos quarks del mismo color, haciéndolo inestable?

La estabilidad está asegurada por los innumerables intercambios entre todos esos constituyentes. La transferencia de color de un quark/antiquark se compensa con el color restante, el color neutral restante en general.

¿Cómo funciona realmente este proceso?

Es esencialmente un proceso de mecánica cuántica, podría imaginarse mediante la suma de un número infinito de diagramas de Feynman de este tipo intercambiando gluones.

intercambio de gluones

Los colores generales no cambian sumando color neutral para toda la bolsa.

Para ser justos, habría que explicar que existen distribuciones dentro del protón que muestran la existencia de quarks de valencia y quarks marinos y gluones en las distribuciones de partones, pero esa es otra historia.

distribuciones de partones

Figura 2: Descripción general de la distribución de partones CTEQ6M en Q = 100 GeV

La mejora en x grande es la "prueba" de la valencia de los quarks arriba y abajo.

El sitio del LHC menciona que en el "mar de quarks" que forma un protón, después de tener en cuenta todos los pares de quarks y antiquarks, terminas con el resultado neto del protón simplificado de 3 quarks. ¿Se trata simplemente de una aproximación que normalmente funciona? De ser así, ¿por qué es tan precisa, es decir, por qué no 0 quarks netos o 6? Y si no es una aproximación, ¿por qué es tan específico dada la cantidad inimaginable de quarks que hay allí? ¿Qué propiedad física hace que este equilibrio sea tan exacto?
@ Vedvart1 Las interacciones marinas conservan (quarks-antiquarks)/3, el "número bariónico". En teoría, podrías subir hasta 4 quarks de valencia + 1 antiquark de valencia, pero eso provoca la emisión de mesones. (Estoy simplificando 2 cosas al ignorar los pentaquarks y la violación de la conservación del número de bariones, los cuales son raros, especialmente a bajas energías).
@JG ¿Por qué conservan ese número entonces? ¿Es algo que hemos encontrado experimentalmente y que esencialmente aceptamos como una especie de axioma? Si hay algo que causa esto, ¿sabemos qué es?
Sí, la conservación del número bariónico, la conservación de la carga son leyes de observación básicas incorporadas en el modelo estándar de la física de partículas, con una serie de conservaciones de números cuánticos más esotéricas. Los cálculos del modelo incorporan todas las leyes de conservación.
@Verdvarti Además de la explicación de anna v, en el modelo estándar, la violación de la conservación del número bariónico puede ocurrir solo de forma no perturbativa, pero creemos que su verdadera ocurrencia es mayor según la explicación de las condiciones de Sajarov de la asimetría de materia y antimateria de la naturaleza.

Una respuesta corta que es útil cuando se piensa en quarks individuales funciona:

El gluón también tiene color. Hay 8 formas diferentes, para ir con los 3 quarks de colores.

Entonces, si comienzas con un par de quarks rojo y azul, el rojo cambia a azul y tienes dos quarks azules y un gluón que es rojo y anti-azul. Luego, el segundo quark lo absorbe, cancela el azul/anti-azul y se queda con el rojo mismo.

Ahora el intercambio entre quarks es con gluones virtuales , así que no te preocupes por saber adónde va antes de tiempo. Es el mismo problema que tiene al explicar cómo los fotones transportan el impulso entre los objetos cargados.

¿Podría explicar exactamente qué son las partículas virtuales? Por lo que he reunido, son solo partículas de un proceso con una entrada y dos salidas, independientemente de la causa.
No, no abordaré lo que debería ser una nueva pregunta de física en los comentarios. Pero mira: ya se ha preguntado aquí . Otros se mencionan y vinculan desde allí.
¿Podría explicarse como RQ + BQ >>> BQ + BQ + RABG >>> BQ + RQ? Siendo RQ = quark rojo, BQ = quark azul, RABG = gluon anti-azul rojo.
@EnderLook que se ve bien.
¿Cómo (o cuándo) los gluones cambian el color de un quark?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v