¿De dónde viene la masa del protón?

Siempre pensé que la masa de un protón sería simplemente la masa de los tres quarks separados más sus energías de enlace. Sin embargo, una vez estaba discutiendo con uno de los desarrolladores de detectores RICH en LHC y me dijo que esta adición (quarks + enlace) podría representar solo el 30% de esta energía (no recuerdo cuál fue el experimento realizado para determinar eso), Entonces, ¿de dónde viene el otro 70%?

"más sus energías vinculantes" Eso debería ser menos. 2 protones y 2 neutrones pesan más que un núcleo de Helio-4, por ejemplo.
@ SeanE.Lake La fuerza nuclear (también conocida como fuerza fuerte residual) tiene energías de enlace negativas. La fuerte fuerza subyacente tiene energías vinculantes positivas, parte integrante del confinamiento.
@dmckee Esto ni siquiera tiene sentido para mí "energías de enlace negativas", porque solo tiene sentido referirse a las energías de interacción negativas como energías de enlace. ¿Quiere decir energías de interacción positivas (es decir, una interacción repulsiva)?
Esto es más sutil de lo que parece. Debido al confinamiento, no existe tal cosa como un 'quark separado'. Solo podemos considerar quarks en mesones o bariones o el QGP, donde su comportamiento depende del campo de fuerza de color que están experimentando. Es por eso que la 'masa del quark' no es un concepto generalmente definido y las tablas de propiedades siempre muestran masas como 'del orden de', especialmente para los quarks ligeros. La analogía con las masas nucleares (donde no hay problemas al considerar los protones libres y los neutrones libres) no es útil.
@Sean La resolución de la dificultad que discute Roger es la "libertad asintótica": la observación de que a medida que aumentas las energías de interacción, la cinemática de los estados finales hadrónicos se vuelve cada vez más similar a la esperada si los quarks fueran libres, y porque aumentar la energía implica una distancia más corta asignamos el cero de la energía de interacción fuerte a la separación cero en lugar de la separación infinita como con otras fuerzas. Pero el sistema aún está atado, lo que significa que la energía crece con la separación, por lo que la energía potencial debe ser positiva.

Respuestas (2)

Hay este artículo que discute el problema .

protón

Como entidad mecánica cuántica, el protón tiene que ser descrito por la suma de cuatro vectores de sus constituyentes. Lo que une los constituyentes dentro de un nucleón (hadrón) es la fuerza fuerte que intercambia innumerables gluones y genera pares de quark-antiquark entre ellos. La unión de los nucleones, por el contrario, es una fuerza de desbordamiento de la fuerza fuerte, llamada fuerza nuclear fuerte por el contrario, y es similar a las fuerzas de van der Waals que unen los átomos con la fuerza electromagnética.

La fuerza nuclear fuerte se puede modelar de manera similar a la electromagnética en los átomos, y los niveles de energía se pueden definir para los protones y neutrones dentro del núcleo. Esto no es cierto para el protón y sus innumerables constituyentes además de los quarks de valencia.

Se ha desarrollado una teoría, QCD en la red, que pretende calcular bastante bien las masas de los hadrones, es decir, resonancias de interacción fuerte. Aquí hay una revisión.

celosía qcd

Entonces, ¿de dónde viene la masa, todos los quarks/gluones virtuales que se mueven dentro del protón?
Es la suma de todos los cuatro vectores dentro de la bolsa de protones lo que da la masa invariante del protón. Lattice QCD intenta aproximar esta imagen instantánea y tiene un éxito bastante bueno, si lee el enlace, al establecer masas de resonancia. Este es un éxito similar al modelo de capa que establece las masas nucleares en la tabla periódica. para las matemáticas relativistas, busque hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/vec4.html
"La fuerza nuclear fuerte se puede modelar de manera similar a la electromagnética en los átomos, y los niveles de energía se pueden definir para los protones y neutrones dentro del núcleo. Esto no es cierto para el protón y sus innumerables constituyentes además de los quarks de valencia". ¿Estás diciendo que no podemos predecirlos o que no existen? Si es lo último, ¿qué descalifica las resonancias p y n enumeradas por el PDG?
¿Hay alguna prueba experimental de que los quarks virtuales y los gluones que se mueven dentro del protón son los que le dan masa al protón o es solo teoría?
Es una consecuencia del modelo teórico de QCD, cuyo modelo ha sido validado con experimentos de dispersión, chorros de gluones, etc. También la gráfica que copié es un tipo de validación de que la teoría se ajusta a los datos.
@Juanjo En general, este es un hecho experimental: medimos la fracción de masa y la fracción de giro atribuibles a los partones marinos. (Incluso participé brevemente y muy libremente en uno de estos experimentos NuSea/E866.) Sin embargo, lograr que los valores medidos y los valores teóricos coincidan en detalle sigue siendo un tema abierto.

esta adición (quarks+binding) podría representar solo el 30% de esta energía..., entonces, ¿de dónde viene el otro 70%?

Energía cinética de quarks y gluones.

¿De dónde viene la masa del protón?
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