¿Por qué hay 3 quarks en un protón? [cerrado]

Algunas preguntas relacionadas con quarks (no sé mucho sobre ellas aparte de que hay 2 sabores con respecto a protones y neutrones).

  1. ¿Por qué hay 3 quarks en un protón o neutrón? ¿Por qué no 2 o 4?

  2. ¿Existe un límite superior para el tamaño de un átomo, antes de que la gravedad comience a combinar protones y neutrones?

  3. Escuché aquí que los quarks no constituyen toda la masa de un neutrón/protón, si es así, ¿qué hace?

Creo que cada uno de estos 3 podría (quizás debería) ser una pregunta separada. Aunque tiene una respuesta que aborda los tres, no sé si eso debería justificar mantenerlo como está ...
Extremadamente relevante: ¿Qué hay dentro de un protón?

Respuestas (1)

¿Por qué tres quarks?

En términos muy simples, los estados ligados de los quarks ( hadrones ) tienen que ser de color neutro , lo que significa quark de color + antiquark anticolor ( mesones ) o tres quarks con carga de color R, G y B respectivamente ( bariones ). ( Nota: también deberían existir partículas exóticas como tetraquarks y pentaquarks, pero aún no se han observado y se observó plasma de quarks y gluones . Pero ninguna de estas materias exóticas puede desempeñar el papel de un protón)

Ahora, resulta que la más estable de todas esas partículas hadrónicas es el protón (que resulta ser el barión). Todo lo demás se descompone en otras partículas tarde o temprano (generalmente muy pronto) y no es posible que pueda formar la materia estable que nos rodea. El neutrón hace una excepción a esto porque cuando se une al núcleo se vuelve estable (bueno, no del todo, aún puede ocurrir la desintegración beta radiactiva).

También tenga en cuenta que incluso si alguna partícula de mesón fuera estable, los mesones siguen siendo bosones. Entonces no obedecerían el principio de exclusión de Pauli y probablemente sería imposible construir algo parecido a un núcleo a partir de ellos. Uno muy probablemente necesita fermiones para eso y eso significa bariones y tres quarks.

Tamaño de un átomo

Esto no tiene nada que ver con la gravedad. Los átomos grandes son inestables puramente por razones nucleares (es decir, sus núcleos se descomponen extremadamente rápido a través de la radiactividad). Las consideraciones gravitatorias solo son importantes para objetos grandes (típicamente estrellas y sus productos del más allá, como enanas blancas y estrellas de neutrones).

Masa de un protón

Desde Einstein sabemos que mi = metro C 2 , es decir, la energía es masa. Entonces, cada vez que hay alguna interacción, debe tener en cuenta su energía de enlace al calcular la masa de un objeto compuesto. La masa de un protón proviene casi exclusivamente de las fuertes interacciones que unen a los tres quarks.

En cuanto a la masa: es muy difícil medir la masa intrínseca de los quarks porque nunca se encuentran libres (hecho conocido como "confinamiento"), pero se cree que los quarks up y down que forman el protón son muy ligeros (menos de 10 MeV), por lo que la mayor parte de la masa del protón es energía de enlace.
@dmckee: seguro que es difícil de medir, pero aún tiene un valor definido en el modelo estándar y, por lo tanto, se puede extrapolar a partir de mediciones indirectas. ¿Y qué quiere decir con que se cree que los quarks up son ligeros? Se sabe que tienen una masa en el rango de 1,7 a 3,3 MeV. ¿Estás hablando solo de significación estadística?
Eso fue pensado como una exposición adicional (todavía en un nivel más bien pop-sci) en lugar de una crítica. Dejé mi valor para las masas de quarks ligeros inexacto porque el PDF tiene el valor de abajo en aproximadamente el doble de los valores (que usted enumera) para el de arriba.
@dmckee: ah, está bien entonces. De todos modos, entiendo perfectamente que el concepto de masa está lejos de ser trivial en QFT y más aún para los quarks. Así que tu comentario ciertamente tiene sus méritos. Por cierto, correcto: los quarks down son más masivos. Solo incluí la masa del quark up porque leí mal la parte de tu comentario que decía "... componer el protón..." como refiriéndose al quark up :-)
Con respecto a sus comentarios sobre el tamaño del átomo, ¿qué pasa con las estrellas de neutrones?
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