Ein paar Fragen zu Quarks, Gluonen und der starken Kraft

Lass uns gehen:

[1] Aus der DIS (Deep Inelastic Scattering) von Elektron-Proton können wir uns vorstellen, dass das im Prozess ausgetauschte Photon eine Parton- Verteilung (möglicher Bestandteil des Protons) „sieht“ .

Wir können uns einen Querschnitt durch Photonen und die Bestandteile des Protons vorstellen. Und wir können zwei Situationen analysieren:

Aus einem Querschnitt von longitudinalen (skalaren) Helizitätsphotonen,$\sigma_{s}$und ein Querschnitt von transversalen Helizitätsphotonen,$\sigma_{t}$Wir können eine Beziehung stabilisieren:

$$\frac{\sigma_{s}}{\sigma_{t}}$$

Und experimentell kennen wir seine Werte. Nach der Theorie geht diese Rate gegen unendlich , wenn wir über einen Bestandteil ohne Spin sprechen , und gegen Null (bei hohen Frequenzen des gestreuten Photons) für einen Bestandteil mit halbem Spin . Daher wissen wir, dass Quarks Spin-Half sind . ( dies antwortet 4 )

[2] Es gibt einen angeregten Zustand des Protons, genannt$\Lambda^{++}$. Dieses Teilchen besteht aus 3 Up-Quarks. Da wir das Prinzip des Ausschlusses kennen, könnten wir nicht 3 Fermionen im selben Zustand haben, es sei denn, es gibt einen zusätzlichen Freiheitsgrad, den wir nicht berücksichtigen.

Dieser zusätzliche Freiheitsgrad ist die Farbladung. Dass wir aber 3 Farben (3 Ladungsarten) brauchen, kommt von der Wahl der Eichgruppe, die die starken Wechselwirkungen beschreibt, der SU(3) .

Und genau durch diese Wahl haben wir eine nicht-abelsche Eichsymmetrie , was bedeutet, dass unsere Eichbosonen (in diesem Fall Gluonen) miteinander interagieren, denn im nicht-abelschen Fall:

$$F_{\mu \nu} = {\partial}_{\mu} A_{\nu} - {\partial}_{\nu} A_{\mu} - iq[A_{\mu},A_{\nu}]$$

Der letzte Term (der Kommutator ) von$A_{\mu}$Und$A_{\nu}$verschwindet nicht und damit der Lorentz-invariante Term in der Lagrange-Funktion$F_{\mu \nu}F^{\mu \nu}$gibt 3-Feld- und 4-Feld-Wechselwirkungen der Eichbosonen an. ( das beantwortet 3 und 2 )