¿Puede un bosón compuesto como el pión ser una partícula de intercambio para la fuerza nuclear fuerte?

En el nivel fundamental, la fuerza fuerte se describe mediante la cromodinámica cuántica , que es la teoría de los quarks y gluones (desarrollada en la década de 1960).

Considere, por ejemplo, la colisión de un protón y un neutrón: con esta teoría, la interacción se ve así. _{(imagen de Hiperfísica - Fuerzas fundamentales - La fuerza fuerte )}

Sin embargo, también existe la teoría mesónica de las fuerzas nucleares (una teoría más antigua desarrollada por Yukawa ya en 1935). Esta teoría trata los nucleones (protón$p$y neutrones$n$) como elementales, y modela la interacción entre estos por el intercambio de piones ($\pi^0$,$\pi^+$,$\pi^-$).

Con esta teoría, la colisión de protones y neutrones se ve así. _{(imagen de Hiperfísica - Fuerzas fundamentales - La fuerza fuerte )}

Esta teoría puede explicar con éxito la física de los núcleos atómicos y las colisiones entre nucleones.

Pero falla en predecir los resultados experimentales correctos cuando las energías de colisión son más altas que$\approx 200\text{ MeV}$(o de manera equivalente cuando las partículas se acercan entre sí más cerca que$\approx 10^{-15}\text{ m}$).

Los físicos notaron que la teoría mesónica más simple de las fuerzas nucleares es en realidad una aproximación de la teoría completa de la cromodinámica cuántica , cuando se restringe a bajas energías ($<200\text{ MeV}$). Puede obtener una idea intuitiva de esta aproximación mirando la primera imagen de arriba. Reduzca el zoom, descuide algunos detalles y llegará a la segunda imagen.

Además, la teoría completa de la cromodinámica cuántica también predice correctamente la existencia y las propiedades de otros bariones más allá de los nucleones (como$\Lambda$,$\Sigma$,$\Delta$,$\Xi$,$\Omega$) y otros mesones más allá de los piones (como$K$,$\eta$).

Quizás sea engañoso hablar de fuerzas en las teorías cuánticas de campos porque, al final del día, todo lo que tenemos es una colección de campos que interactúan de cierta manera. Al final, creo que la razón por la que todavía nos referimos a ciertas cosas como "fuerzas" es por el electromagnetismo y la forma en que las cosas se desarrollaron históricamente.

Al final, el modelo estándar es una teoría de calibre con muchas campanas y silbatos elegantes que se aseguran de que haga todo lo que necesitamos que haga. Pero es una teoría de calibre, no obstante. El lenguaje que la gente ha desarrollado para hablar sobre estas cosas se refiere a los potenciales de calibre como los portadores o mediadores de alguna fuerza. Aunque en el caso del modelo estándar hay una ruptura de simetría que complica un poco las cosas, aun así nos referimos a los campos que provienen de los potenciales de calibre originales (algunos de los cuales ahora han adquirido masas) como portadores de alguna fuerza.

Entonces, en su mayoría, es solo un punto de lenguaje utilizado para referirse a un tipo particular de campo en la teoría.