¿Por qué la energía de unión de los quarks agrega masa a los nucleones en lugar de reducirla? [duplicar]

La masa de los nucleones es mayor que la suma de las masas de sus quarks constituyentes. Entiendo que es porque hay que tener en cuenta la energía de enlace de estos quarks.

Lo que no entiendo es esto: en un curso de física nuclear me enseñaron que la masa del núcleo es menor que la suma de las masas de sus nucleones constituyentes porque la energía de enlace entre ellos es negativa para que sea estable.

Entonces, si la energía de enlace de los nucleones es negativa porque se supone que es una fuerza de atracción que mantiene estables a los nucleones, ¿por qué la energía de enlace de los quarks se suma a la masa de los nucleones en lugar de reducirla si también es una fuerza de atracción que mantiene estables a los quarks?

Entiendo que en el régimen de quarks tenemos que lidiar con la cromodinámica cuántica y el concepto de fuerza y ​​energía no es tan simple, pero esperaba que la energía de enlace de cualquier interacción atractiva fuera negativa de todos modos...

Respuestas (1)

Cuando dice que la energía de enlace de, digamos, un átomo de hidrógeno es negativa, está comparando dos estados

  • Un átomo de hidrógeno, donde las dos partículas están muy cerca una de la otra.
  • Un protón libre y un electrón libre donde las dos partículas están arbitrariamente lejos una de la otra (donde son libres).

Lo mismo se aplica cuando se dice que un núcleo unido es menos masivo que los constituyentes: se compara con un caso en el que están separados unos de otros (es decir, son libres).

Sin embargo, no tiene sentido hablar de comparar la masa de un barión con las masas de los quarks de valencia llevadas a una gran distancia entre sí: el confinamiento significa que el segundo estado no es una situación físicamente realizable.

Entonces, ¿con qué nos comparamos?

Me alegra que hayas preguntado. Notamos que en colisiones profundamente inelásticas, parece que rebotamos en partones que actúan como si estuvieran libres. A esto se le llama " libertad asintoptica ".

Así que comparamos la masa del barión con la suma de las masas de los quarks de valencia determinadas a alta energía de interacción (donde son libres).

Entonces, ¿por qué eso establece el signo de la vinculación? Tenemos la costumbre de definir el cero de la energía potencial en la situación en la que la interacción que te preocupa se ha ido a cero. Por la fuerza de Coulomb que está en separación infinita. Para la fuerza nuclear fuerte, puede usar cualquier cosa sobre alrededor de 10 fermis, pero generalmente también consideramos que está en el infinito. Para que exista una interacción fuerte real entre quarks y gluones, debe establecerse dónde están libres y es decir, con separación cero. Y se necesita energía para separarlos, por lo que todas las separaciones distintas de cero tienen una energía potencial positiva que le da al estado ligado más masa que la suma de las masas constituyentes.

"Para la interacción fuerte real entre quarks y gluones, debe establecerse donde están libres y eso es en separación cero". ¿Por qué separación cero? ¿Quiere decir que en cero la fuerza de separación es cero?
@Theasgardian Es análogo a la energía potencial y cinética de un resorte estirado. Echa un vistazo a las imágenes aquí en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement
@anna v cuando un resorte no está estirado, la fuerza de restauración es cero. De manera similar, la fuerza entre los quarks es menor cuando la separación entre ellos es menor, y cero cuando la separación es cero ... ¿quieres decir esto?
@Theasgardian sí, la fuerza entre quarks y gluones depende de la distancia, cuanto mayor sea la distancia, mayor será la fuerza. Echa un vistazo aquí profmattstrassler.com/articles-and-posts/…
¡Gran respuesta! Tengo una pregunta más: si el estado donde se separan los quarks no es físico, ¿cómo podemos saber la masa de los quarks? y, lo que es más importante, ¿tiene algún sentido hablar de masa si la partícula no puede ser realmente libre?
@PCSpaniel Esas son preguntas no triviales y la comunidad tardó un tiempo en tener algún tipo de consenso sobre las respuestas. La respuesta experimental es que medimos la cinemática de dispersión de, digamos, electrones en una transferencia de momento muy alto (donde no están sujetos a una interacción fuerte significativa) y encontramos la masa cuasi-elástica de las partículas de las que rebotan, pero eso solo obtiene nosotros hasta ahora. Sigue mucho modelado, ajuste y cálculo. Han estado involucradas décadas de trabajo, y no soy realmente un experto. Anna v podría dar un mejor resumen.