¿Es la mayor parte de la masa de KE o PE?

¿Es sensata la pregunta?

Comencemos examinando la pregunta.

"¿Tiene sentido preguntar qué fracción de la masa proviene de las energías potencial y cinética?"

en general antes de tratar de encontrar la respuesta para la interacción fuerte en particular

Fuerzas de largo alcance

Para la gravedad, la electrostática y la fuerza nuclear (también conocida como "fuerza nuclear fuerte" o "fuerza fuerte residual"), la fuerza y ​​el potencial se desvanecen a gran distancia. El resultado es que los sistemas que se mantienen unidos por estas fuerzas (es decir, unidos) tienen energía potencial negativa .

Pero, por supuesto, la energía cinética es positiva.

Entonces, el defecto de masa de estos sistemas es causado por la energía potencial pero parcialmente aliviado por la energía cinética.

La pregunta tiene, en el mejor de los casos, una respuesta insatisfactoria para las fuerzas de largo alcance.

la fuerza fuerte

La verdadera fuerza fuerte (la que mantiene unidos a los bariones) es diferente. Exhibe confinamiento (lo que requiere que el potencial crezca rápidamente a grandes distancias) y libertad asintótica (lo que significa que el potencial es constante a distancias muy cortas). Además, se determina experimentalmente que tiene un potencial aproximadamente de la forma

$$U_\text{strong}(r) \approx kr \;. \tag{1}$$ Como resultado, en este sistema tanto la energía cinética como la potencial son positivas.

La pregunta tiene sentido para la fuerte interacción.

Una herramienta para encontrar la respuesta.

El teorema de Virial es una relación en la mecánica clásica entre la energía cinética media de un sistema y un promedio particular sobre el producto interno de las fuerzas sobre las partículas y la posición de las partículas (que se llama el "virial del sistema") siempre que el sistema cumple con ciertos requisitos (muchos sistemas vinculados califican).

Si las leyes de fuerza que actúan entre las partículas son centrales y proporcionales a una potencia de la distancia entre las partículas (es decir, de la forma$U = kr^n$), entonces el teorema se puede extender para dar una relación entre la energía cinética promedio del sistema y la energía potencial promedio del sistema.

respondiendo la pregunta

Usando la ley de fuerza en (1) para obtener la relación de la fuerza fuerte encontramos ¹

$$\langle T \rangle = \frac{1}{2} \langle U \rangle \;,$$

y si escribimos la energía dinámica$E_d$del sistema ² obtenemos

$$\begin{align} E_d &= \langle T \rangle + \langle U \rangle \\ &= \frac{3}{2} \langle U \rangle \;. \end{align}$$

Entonces, para resumir, un tercio de la energía dinámica es cinética y dos tercios es potencial.

---

¹ Escritura$T$para la energía cinética y$U$para energía potencial.

² Es decir, la parte de la masa que proviene del comportamiento de los partones en lugar de la masa de los quarks de valencia.