Kann starke Interaktion abstoßend sein?

Wie Sie aus den Kommentaren ersehen können, unterscheidet sich die Antwort, ob Sie nach der starken Restkraft (Kernkraft) oder der starken Kraft zwischen Quarks in Neutronen und Protonen fragen.

1. starke Restkraft

Auf dieser Seite können Sie viel darüber lesen, ob die Kernkraft auf große Entfernungen anziehend und auf kurze Entfernungen abstoßend ist. Dies ist jedoch komplizierter.

Ein Nukleon ist ein zusammengesetztes Objekt aus drei Quarks. Das Nukleon ist farbneutral, also erwarten wir in erster Ordnung, dass ein Nukleon überhaupt nicht mit einem anderen Nukleon wechselwirken sollte. Dies ist tatsächlich ungefähr das, was wir sehen, da die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung bei großen Entfernungen exponentiell abfällt. Aber die Auslöschung ist nicht exakt, und bei kleinen Abständen bekommen wir eine Wechselwirkung. Dies wird als Restwechselwirkung bezeichnet und ist genau analog zur Restwechselwirkung zwischen zwei elektrisch neutralen Atomen, der Van-der-Waals-Kraft, die oft durch ein Lennard-Jones-Potential modelliert wird.

Wie ändert sich die Natur der Kernkraft je nach Entfernung zwischen anziehend oder abstoßend?

Die starke Restkraft wird durch das NN-Potential beschrieben. Dies unterscheidet sich von der starken Kraft, die zwischen den Quarks innerhalb des Neutrons und des Protons wirkt, da die Restkraft durch farbneutrale leichtere Mesonen vermittelt wird.

2. zwischen Quarks in Neutronen und Protonen, starke Kraft

Die starke Kraft zieht Quarks an (entgegen der landläufigen Meinung ist dies je nach Quarktyp nicht immer der Fall), wirkt aber wie eine Schnur, wenn sich die Quarks nähern, wird die Anziehung schwächer. Dies wird durch die asymptotische Freiheit verursacht.

Die starke Kraft zieht Quarks zusammen, wird aber auch schwächer, wenn die Quarks näher kommen (dh sie wirkt wie eine Feder), in einem Phänomen, das als "asymptotische Freiheit" bekannt ist. Auf diese Weise unterscheidet sich die starke Kraft stark vom Elektromagnetismus, bei dem die Kraft stärker wird, wenn die Ladungen näher beieinander liegen. Daher gibt es keinen Grund zu erwarten, dass Quarks, die eng beieinander liegen, sofort vernichten, da auf sie von vornherein nicht viel Kraft einwirkt.

Was hält Quarks getrennt (starke Kraft zieht, aber was stößt sich ab, um sich auszugleichen)

Entgegen der landläufigen Meinung ist die starke Kraft zwischen Quarks nicht immer anziehend.

Quarks unterschiedlicher Farbe erfahren zwischen sich eine Anziehungskraft; während Quarks gleicher Farbe einander abstoßen.

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

Ich möchte den Teil "abstoßend" von Farbwechselwirkungen ansprechen und warum es in der Literatur nicht viel darüber gibt.

Wie funktioniert „Abstoßung“ bei elektromagnetischen Wechselwirkungen? zwei gleiche Ladungen stoßen sich ab, je näher sie sind und bei Punktladungen würde eine unendliche Abstoßung in Überlappung bestehen, wegen der$1/r{2}$Verhalten des elektrischen Feldes. Auf der Mathematik der Quantenebene mit Photonenaustausch wirkt sich dies auf die Matrixelemente aus, die das entsprechende probabilistische Verhalten ergeben. Die beiden Frameworks verschmelzen mathematisch an der Überschneidung zwischen Mikro und Makro. Beachten Sie, dass die in jedes Diagramm eingetragene Kopplung 1/137 beträgt.

In QCD gibt es asymptotische Freiheit und eine Kopplungskonstante von 1, die verwendet wird, wenn Feynman-Diagramme angezeigt werden. Der Grund, warum man nicht viel über die Abstoßung der Farbkraft findet, ist a) wegen der asymptotischen Freiheit. Je kleiner der Abstand zwischen zwei Quarks, desto geringer die Kraft (als klassische Analogie zum Elektromagnetismus). b) weil die Gluonen selbstinteraktiv sind und Wechselwirkungen zwischen Quarks aufgrund des möglichen Austauschs von Gluonen mit wechselnden Farben immer eine attraktive Komponente haben werden. Zusammen mit der Kopplungskonstante von Eins macht dies die Abstoßung praktisch zu einer Kraft, die nur durch ihre Existenz die Partonfunktionen beeinflusst , indem sie die Wechselwirkungen von Quarks, Antiquarks und Gluonen in der Suppe modifiziert, die zum Beispiel ein Proton ist.

In jedem Fall ist das Störungsbild der QCD anschaulich und für Berechnungen nicht brauchbar, da die Reihe nicht konvergiert. Aus diesem Grund wird QCD auf dem Gitter für Berechnungen verwendet.