He leido estas preguntas:
¿Cómo comienza la órbita de los electrones alrededor de los núcleos?
Los electrones enlazados no se mueven, ¿verdad?
¿Se superponen diferentes orbitales en un átomo multielectrónico?
¿Cuál es la diferencia entre orbital real y orbital complejo?
https://en.wikipedia.org/wiki/Bound_state
Sobre quarks libres y confinamiento
¿Por qué los quarks no son libres?
¿Podrían los quarks ser libres en un espacio de mayor dimensión que 3D?
https://en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement
Y me dio curiosidad.
Ahora sabemos que los quarks no se pueden encontrar libres en nuestro mundo (a niveles de energía normales), siempre están confinados en núcleos con gluones. Esta interacción se debe a la fuerza fuerte o carga de color.
Entiendo que los electrones están ligados a los núcleos pero también se pueden encontrar libres. Ahora, el enlace de los electrones se debe a la carga EM, que es diferente de la carga de color.
Tanto los electrones como los quarks tienen masa en reposo. Tanto los electrones como los quarks interactúan entre sí.
Los quarks están confinados porque interactúan entre sí y para separarlos necesitas poner energía infinita, y es como una banda elástica y si se rompe, la energía será suficiente para crear más quarks.
Un quark libre es como el extremo libre de una goma elástica. Si desea liberar los extremos de una banda elástica, debe separarlos; sin embargo, cuanto más los separe, más energía tendrá que poner. Si desea liberar realmente los extremos de la banda elástica, d tener que hacer que la separación entre ellos sea infinita, y eso requeriría una energía infinita. Lo que realmente sucede es que la banda elástica se rompe y obtienes cuatro extremos en lugar de los dos con los que comenzaste.
De manera similar, si toma dos quarks e intenta separarlos, la fuerza entre ellos es aproximadamente independiente de la distancia, por lo que separarlos hasta el infinito requeriría una energía infinita. Lo que realmente sucede es que, a cierta distancia, la energía almacenada en el campo entre ellos aumenta lo suficiente como para crear más quarks y, en lugar de dos quarks separados, se obtienen dos pares de quarks.
Esto no sucede cuando separas un protón y un electrón porque la fuerza entre ellos cae de acuerdo con la ley del inverso del cuadrado. La diferencia entre el par electrón/protón y un par de quarks es que la fuerza entre los quarks no cae según la ley del inverso del cuadrado. En cambio, a distancias suficientemente largas, se vuelve más o menos constante.
No creo que esto se entienda completamente (ciertamente no lo entiendo completamente :-), pero se cree que se debe a que las líneas de fuerza en el campo quark-quark representan gluones virtuales, y los gluones se atraen entre sí. Esto significa que las líneas de fuerza se juntan para formar un tubo de flujo. Por el contrario, la fuerza electrón-protón se transmite mediante fotones virtuales y los fotones no se atraen entre sí.
Y esto es lo interesante, los gluones no tienen masa y los fotones también, y los gluones no poseen carga EM, y los fotones tampoco. Aún así, los gluones se atraen entre sí, mientras que los fotones no. ¿Todavía hay 8 tipos de gluones, mientras que solo hay un tipo de fotón?
La principal confusión es que los quarks tienen carga EM, al igual que los electrones y los protones (núcleos). Y tienen masa de descanso también. Pero los gluones no tienen carga EM ni masa en reposo y los fotones tampoco. También hay producción de pares en ambos casos, se pueden crear pares quarks-antiquark y electrón-positrón. Ambos casos parecen ser iguales.
La única diferencia podría ser que no pudiéramos encontrar un gluón libre. Las respuestas dicen que no se pueden encontrar quarks libres (a niveles de energía bajos), pero no encontré nada sobre gluones libres.
Pregunta:
El número de gluones corresponde al número de generadores de . Hay 8 generadores únicos, por lo que hay 8 tipos de gluones. Pero, ¿cómo sabemos que el grupo está ¿específicamente? Sabemos que el grupo que describe la fuerza fuerte involucra tres colores porque las secciones transversales de varios procesos QCD involucran una multiplicación por un factor de color que está determinado por el número de colores. Obtenemos estas secciones transversales incorrectas si usamos una cantidad diferente de colores. Suponiendo unitaridad, ahora tenemos el posible grupo reducido a o . Si el grupo fuera , habría un gluón de color singlete (el noveno generador, dando el grado adicional de libertad en ), que potencialmente podría ser gratuito; el hecho de que no observemos gluones libres significa que el grupo apropiado es , y por tanto que hay 8 gluones.
Cualitativamente, tiene sentido que pueda haber 8 gluones en primer lugar porque los gluones, a diferencia de los fotones, llevan color. Más específicamente, los gluones llevan tanto color como anticolor (por lo que pueden cambiar la carga de color de los quarks). Como hay tres colores y tres anticolores, tiene sentido que haya nueve pares color-anticolor. Excluir el estado singulete elimina una posibilidad, por lo que te quedan ocho. ( Nota: esto es una gran cantidad de movimientos manuales, principalmente por intuición. Los gluones son en realidad superposiciones de estados de pares color-anticolor que corresponden a las matrices de Gell-Mann ).
El hecho de que los gluones lleven color significa que se atraen entre sí, a diferencia de los fotones, que no llevan carga.