¿Puede la interacción fuerte ser repulsiva?

La respuesta, como puede ver en los comentarios, difiere si está preguntando sobre la fuerza fuerte residual (fuerza nuclear) o la fuerza fuerte entre los quarks dentro de los neutrones y los protones.

1. fuerza fuerte residual

Puede leer mucho en este sitio sobre si la fuerza nuclear es atractiva a grandes distancias y repulsiva a distancias cortas. Aunque, esto es más complicado.

Un nucleón es un objeto compuesto formado por tres quarks. El nucleón es de color neutro, por lo que, en primer orden, esperamos que un nucleón no interactúe con otro nucleón en absoluto. De hecho, esto es aproximadamente lo que vemos, ya que a grandes distancias la interacción nucleón-nucleón cae exponencialmente. Pero la cancelación no es exacta, y en distancias pequeñas sí obtenemos una interacción. Esto se denomina interacción residual, y es exactamente análoga a la interacción residual entre dos átomos eléctricamente neutros, que es la fuerza de van der Waals, a menudo modelada por un potencial de Lennard-Jones.

¿Cómo cambia la naturaleza de la fuerza nuclear entre atractiva o repulsiva según la distancia?

La fuerza fuerte residual está descrita por el potencial NN. Esto es diferente de la fuerza fuerte que actúa entre los quarks dentro del neutrón y el protón porque la fuerza residual está mediada por mesones más claros de color neutro.

2. entre quarks dentro de neutrones y protones, fuerza fuerte

La fuerza fuerte atrae a los quarks (contrariamente a la creencia popular, esto no siempre es cierto dependiendo del tipo de quarks), pero actúa como una cuerda, cuando los quarks se acercan, la atracción se vuelve más débil. Esto es causado por la libertad asintótica.

La fuerza fuerte atrae a los quarks, pero también se debilita a medida que los quarks se acercan (es decir, actúa como un resorte), en un fenómeno conocido como "libertad asintótica". De esta manera, la fuerza fuerte es muy diferente al electromagnetismo, donde la fuerza se vuelve más fuerte si las cargas están más juntas. Como tal, no hay razón para esperar que los quarks que se colocan juntos se aniquilen de inmediato, ya que, en primer lugar, no hay mucha fuerza sobre ellos.

Lo que mantiene separados a los quarks (la fuerza fuerte atrae, pero lo que repele para igualar)

Contrariamente a la creencia popular, la fuerza fuerte entre los quarks no siempre es atractiva.

Los quarks de diferente color experimentan una fuerza de atracción entre ellos; mientras que los quarks del mismo color se repelen entre sí.

https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/quark

Quiero abordar la parte "repulsiva" de las interacciones de color y por qué no hay mucho en la literatura que lo discuta.

¿Cómo funciona la "repulsión" para las interacciones electromagnéticas? dos cargas iguales se repelen cuanto más cerca están y si cargas puntuales existiría una repulsión infinita en superposición, debido a la$1/r{2}$comportamiento del campo eléctrico. En las matemáticas del nivel cuántico con intercambios de fotones, esto afecta a los elementos de la matriz que dan el comportamiento probabilístico apropiado. Los dos marcos se fusionan matemáticamente en la superposición entre micro y macro. Tenga en cuenta que el acoplamiento que entra en cada diagrama es 1/137.

En QCD hay una libertad asintótica y una constante de acoplamiento de 1, que se usa cuando se muestran los diagramas de Feynman. La razón por la que no se encuentra mucho sobre la repulsión de la fuerza del color es a) por la libertad asintótica. Cuanto más pequeña es la distancia entre dos quarks, menor es la fuerza (como una analogía clásica con el electromagnetismo). b) porque los gluones son autointeractivos, y las interacciones entre los quarks siempre tendrán un componente atractivo debido a los posibles intercambios de gluones de colores alternativos. Junto con la constante de acoplamiento de uno, esto hace que la repulsión sea prácticamente una fuerza que solo afectará las funciones del partón por su existencia, al modificar las interacciones de quarks, antiquarks y gluones en la sopa que es un protón, por ejemplo.

En cualquier caso, la imagen de perturbación de QCD es ilustrativa y no útil para los cálculos porque la serie no converge. Es por eso que se usa QCD en la red para los cálculos.