En el modelo de quarks constituyentes, por supuesto muy diferente de la imagen de QFT sobre lo que es un protón/neutrón QCD, los protones están formados por 3 quarks. Sin embargo, ¿cuántos gluones hay dentro de un protón? Después de todo, aproximadamente el 90% de la energía es energía de gluones QCD, pero no estoy seguro debido a la fluctuación del número de partículas QFT. Sin embargo, ¿el modelo de cuerdas para los hadrones considera también los gluones? Entonces, ¿hay 3 gluones constituyentes también, o esta pregunta tampoco tiene sentido en ninguno de estos modelos?
Una simple estimación ingenua (probablemente incorrecta) que hice es la siguiente (solo números aproximados, lo siento). Un protón es 1 GeV (unidades naturales) de masa/energía. Suponiendo que el 90% es energía QCD, también conocida como gluones, que dejan 900 GeV de masa. Si usamos el hecho de que La escala de QCD es de aproximadamente 300 GeV por sabor, lo que da 3 gluones por protón y similar para un neutrón. Sin embargo, incluso si el modelo ingenuo del quark constituyente QCD es así, ¿tiene algún sentido este cálculo?
La cuestión del número de gluones que componen un protón no está bien planteada. Comencemos con un ejemplo simple, el átomo de hidrógeno. Un modelo constituyente del átomo de H diría que el átomo de H consta de 1 protón y 1 electrón. Pero están limitados por el campo EM, por lo que también hay un "par" de fotones virtuales alrededor. Probablemente al tomar la intensidad de campo de este campo EM (energía de enlace para el estado fundamental -13.5eV) y alguna otra suposición, se puede llegar a que el electrón y el protón intercambian una miríada de fotones virtuales por segundo, no lo sé. cuántos, o o ??? Peor aún, el operador del número de fotones no conmuta con el campo del operador del campo EM, es decir, se desconoce el número exacto de fotones; bueno, al menos podemos calcular una función de distribución de fotones virtuales que pueden estar presentes. Pero como en general no conocemos el estado de excitación de un átomo de H, diríamos que el átomo de H consta de 1 protón y 1 electrón.
Pero para el protón en realidad es mucho más complicado. Porque depende de la escala de energía en la que mires el protón. En el átomo H gobierna QED, pero en un protón gobierna QCD. La gran diferencia entre QED y QCD es que en QCD la constante de acoplamiento se vuelve más pequeña a mayor energía, mientras que en QED se vuelve más grande a mayor energía. Un detalle importante de esto es que la constante de acoplamiento de QED es pequeña a energía baja o nula, mientras que la constante de acoplamiento de QCD es muy grande a energía baja. A muy baja energía, no podemos calcular el interior de un protón, porque la teoría de la perturbación no funciona, puede que haya algunos métodos no perturbadores como, por ejemplo, QCD en una red. En este contexto, se justifica la interesante pregunta de cómo se distribuye la energía de enlace entre los quarks sobre los gluones y esto, creo, tiene una respuesta (sobre la que no puedo decir mucho como experto en QCD) de lattice QCD. Una pregunta bien formulada sobre PSE podría proporcionarle respuestas.
Vayamos a una escala de energía donde funciona la teoría de la perturbación. El mejor ejemplo es la dispersión inelástica profunda (DIS). Esto se puede hacer a diferentes escalas de energía, el cuadrado de 4 invariante de la transferencia de energía-momento cuando un leptón (electrón o muón, etc.) con un vector de 4-momento incidente sale de la zona de interacción con un vector de 4 impulsos . Así que esto se puede hacer en decir , o o incluso en etcétera. En estas escalas de energía es fácil crear partículas adicionales ya que hay suficiente energía disponible. Sorprendentemente, la teoría de la perturbación se puede aplicar en estos casos para QCD. Para la descripción del interior del protrón se introdujeron las llamadas funciones de estructura, funciones de estructura para quarks de valencia, para quarks mar y por supuesto para gluones. La función de estructura de gluones del protón proporciona información sobre el contenido de gluones del protón (si desea saber más sobre esto, simplemente búsquelo en Google).
Sin embargo, y ese es el punto clave aquí: la función de estructura de gluones es la función de , por lo tanto, el "número" (si los expertos en QCD me permiten usar esta palabra que podría no tener mucho sentido) de gluones depende de la escala de energía que use para mirar el protón. Dependiendo de la escala de energía, uno puede encontrar una pequeña o gran cantidad de gluones. E incluso si uno se atuviera a una escala de energía fija, la función de la estructura del gluón es una función de distribución, al igual que para los fotones en un átomo de hidrógeno. Por lo tanto, no se puede hacer una afirmación: un protón consta de 3 quarks y x gluones. Ni siquiera se puede decir que un protón consta de 3 quarks. Dependiendo de la escala de energía se puede encontrar un número diferente de quarks en el protón, los quarks constituyentes + los quarks mar. La pregunta es similar a la pregunta: ¿Cuál es la posición de un electrón en el estado fundamental de un átomo de hidrógeno? QM no nos permite saber esto.
Cosmas Zachos