¿Por qué un pión es tan ligero en comparación con un neutrón o un protón?

Un pion está formado por un par de quarks up y/o down. Un neutrón o un protón son tres quarks arriba o abajo. Entonces, ingenuamente, esperaría que un pión tuviera aproximadamente 2/3 de la masa de un nucleón.

De hecho, es menos de 1/6 de la masa. ¿Por qué es mucho más ligero? ¿Hay alguna razón por la cual el campo de gluones de un pión contiene mucha menos energía que el campo de gluones de un nucleón?

Recientemente hubo una publicación muy buena sobre la estructura de protones y neutrones en profmattstrassler.com/articles-and-posts/… pero, por supuesto, un Pion podría ser igual de complicado, por lo que su pregunta sobre por qué no lo es es buena. .
Bueno, este es uno de los indicios de que las masas de los quarks constituyen una parte muy pequeña de las masas de los hadrones ligeros. Luego, de una manera muy cualitativa y manual, puede argumentar que debido a que los gluones pueden interactuar entre sí, la masa de pegamento aumenta más rápido que la cantidad de quarks. Después de eso, tienes que preguntarle a un teórico.
@dmckee: ¡Genial! Si los gluones no interactuaran, entonces el campo de gluones escalaría como el número de quarks norte , y su energía escalaría como norte 2 . ¿Presumiblemente el exponente es incluso mayor que 2 debido a las interacciones gluón-gluón...?
Como dije, todo eso es agitar las manos. Tal vez la gente de lQCD pueda arrojar algo de luz sobre el mecanismo detallado. Estoy al límite de mi pequeño y débil cerebro experimental.

Respuestas (1)

Permítanme comenzar diciendo que las masas "actuales" de los quarks ligeros (arriba/abajo) son muy pequeñas y alrededor de 1-4 MeV. Los piones tienen masas de alrededor de 140 MeV y el protón/neutrón tiene masas de alrededor de 1 GeV.

A medida que comienza con energías altas y pasa a energías más bajas, la fuerza nuclear fuerte aumenta en intensidad... hasta aproximadamente λ q C D ∼ 250 METRO mi V donde la constante de acoplamiento aumenta hasta el "infinito" y obtienes confinamiento para los grados de libertad de los quarks y forman un condensado y también recogen una masa "constituyente" de ~350 MeV cada uno. Eso significa que todas las partículas de materia efectivas que observamos deben ser de color neutral, con bariones que tienen una masa de ~350x3 MeV. Como los quarks se condensan, el tu ( 2 ) L × tu ( 2 ) R la simetría de sabor entre los quarks de luz se descompone en un vector "diagonal" S tu ( 2 ) V conocido comúnmente como isospina .

Nota: Este proceso se conoce como ruptura de simetría quiral y ocurre de forma no perturbativa (ya que estamos en un régimen fuertemente acoplado). Así que aún no se entiende completamente.

Los piones son (pseudo)bosones de Goldstone del eje axial roto S tu ( 2 ) A simetría. Dado que los quarks up/down tienen masas ligeramente diferentes, la simetría no es exacta (de ahí el "pseudo"). Pero dado que sus masas "actuales" son tan malditamente ligeras en comparación con las masas "constituyentes" efectivas generadas por la ruptura de la simetría quiral, la simetría aproximada es una muy buena aproximación. Esto significa que los piones no tienen masa (en comparación con la masa de los bariones, es decir, las masas "constituyentes"). No tengo una explicación astuta para obtener la masa pion.

HH. Los aspectos conceptuales se explican bastante bien, con más detalle, en https://physics.stackexchange.com/a/17214/3998 .

Asignar a los quarks una masa constituyente un poco más 2 metro π realmente no ayuda aquí (a pesar de que hace un trabajo aceptable al explicar el espectro bariónico): simplemente deja la pregunta de por qué el pión es demasiado ligero por un factor de cuatro.
Bueno, si uno trabaja con el modelo sigma no lineal, entonces la masa del pión resulta proporcional a la suma de las masas actuales de los dos quarks (y el condensado vev, dividido por F π 2 dónde F π es la constante de desintegración del pión). Pero como dije, no lo entiendo lo suficientemente bien como para explicar el panorama general sin atascarme con los detalles.
¿Por qué un pión es tan ligero en comparación con un neutrón o un protón?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v