¿Cómo sé que el protón no está formado por 3 quarks anti-down?

Tengo un protón, ¿cómo sé que está formado por 2 quarks up y 1 quark down o si está formado por 3 quarks anti-down, cada uno con diferente color de carga?

Esta pregunta también es aplicable al antiprotón, ¿está formado por 2 quakrs antiup y 1 antidown o por 3 quakrs down?

Puede mejorar la edición que hice en su publicación, pero no use MathJax para cosas que no son matemáticas. Los tipos de quarks, cuando se deletrean, deben escribirse como texto normal; no son símbolos matemáticos. Revertiré esa edición, pero nuevamente, puede realizar más cambios siempre que mejoren la publicación.
@dmckee El OP mencionó los quarks antidown, por lo que tendrían una carga de +1. (También pensé d d d fue el Δ − ; es ω − solo otra notación para eso, ¿o está pasando algo más?)

Respuestas (3)

El Modelo Estándar, que se ha decidido tras una minuciosa observación experimental de las interacciones de las partículas a nivel micro, es decir, las dimensiones espaciales y energéticas donde reina la mecánica cuántica, tiene como pilar principal el modelo de quarks .

espín 1/2 barión

El modelo de quarks comenzaba con la observación anterior: que si las partículas se trazaban en dos dimensiones usando sus espines y sus números cuánticos (espín isotópico, extrañeza, etc.) surgía una hermosa simetría, que también ordenaba las partículas según sus masas. Esta simetría se encontró que estaba representado matemáticamente por las representaciones del grupo unitario especial, SU(3). El 3 significa que hay 3 unidades básicas que se pueden permutar para llenar los puntos de las representaciones. Estos fueron llamados caprichosamente "quarks".

Esta gráfica es la gráfica de espín bariónico 1/2 de la cual el protón es un miembro. Hay una serie de otras representaciones en las que los datos de las resonancias hadrónicas encajan bien, e incluso se hizo una predicción de que el omega menos debería existir porque todos los demás miembros de la decuplet ya se habían visto experimentalmente.

decuplet

Se encontró y estableció el modelo de quarks , y se otorgaron premios nobel a los investigadores en la frontera de este trabajo.

A todos los quarks se les asigna un número bariónico de 1⁄3. Los quarks arriba, encantador y superior tienen una carga eléctrica de +2⁄3, mientras que los quarks abajo, extraño e inferior tienen una carga eléctrica de −1⁄3. Los antiquarks tienen los números cuánticos opuestos. Los quarks también son partículas de espín-1⁄2, lo que significa que son fermiones.

Los mesones están formados por un par de quark de valencia-antiquark (por lo tanto, tienen un número bariónico de 0), mientras que los bariones están formados por tres quarks (por lo tanto, tienen un número bariónico de 1). Este artículo analiza el modelo de quark para los tipos de quark arriba, abajo y extraños (que forman una simetría SU(3) aproximada). Hay generalizaciones a un mayor número de sabores.

Ahora bien, si observa el diagrama del octeto bariónico del estado fundamental, puede ver que no importa cómo los llamemos, es la simetría la que establece su contenido de quarks. Por lo tanto, el protón, que es el nombre de la partícula con la masa más baja en esta representación, no puede ser más que el bloque de construcción de la materia sólida en la que existimos. Lo llamamos protón, sus componentes son quarks con nombres de pila. Si uno cambiara el contenido de quarks, tendría un nombre diferente, sería una partícula diferente y no el estado de energía más bajo en la representación estable.

El protón tiene que sumar una carga bariónica de 1, sus números cuánticos especulativos no pueden hacer eso por la definición de quarks y su posición en las representaciones SU(3). Los antiquarks se suman a los antibariones, y el protón no es un antibarión por definición.

Las representaciones son restrictivas por medidas experimentales, y uno no puede lanzar quarks como dados, porque toda la representación de quarks está restringida, y los nombres de las partículas son convenientes, pero en realidad son una correspondencia uno a uno con el contenido de quarks por construcción de las matemáticas. que la naturaleza está usando.

El hecho de que los protones sean los bariones de masa más ligera es bueno y, en cierto modo, suficiente, pero parece que deberíamos poder distinguir pag = tu tu d de Δ ¯ + = d ¯ d ¯ d ¯ (o como se denote la antipartícula de Δ − ) basado solo en el giro (iso/regular). Sí, se podría decir que observamos Δ ¯ + tener I 3 = + 3 / 2 , j = 3 / 2 , y que observamos pag tener I 3 = + 1 / 2 , j = 1 / 2 . Pero entonces, ¿por qué no puede d ¯ d ¯ d ¯ tienen números cuánticos que coincidan con el protón?
Porque suma el número bariónico -1 (eso es lo que significa anti) y el protón tiene el número bariónico +1. No puede ser el antiprotón debido al espín, por eso los deltas están en el multiplete 3/2 mientras que el protón y el neutrón están en el 1/2. Estoy tratando de decir que el concepto de "quark" que ha sido ungido al estado de "partícula" se basa completamente en las representaciones SU(3) que mágicamente ordenan todas estas medidas en subgrupos coherentes. No se pueden elegir quarks a la carta. Tienen que encajar en las representaciones que establecieron su existencia.
@ChrisWhite lo anterior fue para ti. No es suficiente encontrar tres números cuánticos de quarks para decir que existen como bariones. Deben encontrarse en una de las representaciones SU(3). El delta tiene las cuatro expresiones de carga y encaja en esta ranura de la representación 3/2. Son las representaciones de simetría las que definen el contenido de quarks y no a la inversa. Eso es lo que era tan emocionante a principios de los años sesenta, que la plétora aburrida de resonancias de hadrones tenía un marco tan hermoso.
@annav Todo lo que muestra es lo que es el protón, por definición. No es lo que puede ser.
La definición proviene de la identificación de la partícula cargada estable de energía más baja que genera la materia tal como la conocemos. Lo llamamos un protón. Podrías llamarlo zumba por toda la diferencia que podría hacer, pero la identificación viene del contenido de quarks y la estabilidad de la materia (experimental). Del doblete se podría decir que es el neutrón si no supiéramos experimentalmente que el componente estable de la materia está cargado.
@annav No entendiste mi punto, de todos modos, David respondió mi pregunta.

Básicamente, es porque el protón tiene espín. 1 2 , lo que significa que los giros de los quarks deben dividirse: dos en una dirección (digamos hacia arriba) y uno en la otra dirección (hacia abajo). Pero tener dos quarks con giros opuestos y colores diferentes pero del mismo sabor (antidown) viola el principio de exclusión de Pauli. Así que no puede haber un giro- 1 2 barión formado por tres quarks del mismo sabor.

Estoy confundido por esa segunda oración. Si tienen giros y colores diferentes, ¿cómo se aplica la exclusión de Pauli? y como es tu tu d más permisible bajo este argumento que d ¯ d ¯ d ¯ ?
Yo mismo estoy un poco confundido acerca de eso, pero creo que el resultado debería resultar de proyectar todos los estados posibles del protón en un subespacio completamente antisimétrico. Traté de trabajar con ese cálculo para esta respuesta, pero rápidamente se volvió muy tedioso (y ni siquiera estaba seguro de estar haciéndolo bien... si lo descubro, lo agregaré). Independientemente, he oído esto dicho en muchos lugares.
@DavidZ: Leí en Wikipedia que tener el mismo sabor producirá un giro de 3/2, pero ¿por qué?
@حكيمالفيلسوفالضائع eso se debe a que los giros deben estar en un estado simétrico, lo que significa que todos se suman. Aunque como mencioné anteriormente, los cálculos para mostrar esto son bastante tediosos.
@DavidZ: esta explicación (alineación del giro) asume un modelo estático del protón donde el giro proviene de los quarks de valencia. Sabemos que está lejos de ser el caso (menos del 30% si el espín del protón se debe a los quarks).

¡Es porque de otro modo el número de Baryon no se conservaría!

El número bariónico de un protón es 1, por lo tanto, usar tres quarks antidown significaría que el protón tiene un número bariónico de -1 (-1/3+-1/3+-1/3), ¡lo cual es incorrecto!

Lo mismo con un antiprotón que tiene un número bariónico de -1. Si tuviera que usar tres quarks down, el número bariónico sería igual a +1 (1/3+1/3+1/3), ¡lo cual sería incorrecto!

¿Cómo sé que el protón no está formado por 3 quarks anti-down?
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