Starke Kraft zwischen Quarks, die keinen kausalen Kontakt haben

Dies ist ein ziemlich künstliches Szenario, aber es hat mich in letzter Zeit genervt.

Hintergrund

Aufgrund des Confinement in QCD werden Quarks in farbneutralen Konfigurationen gebunden. Jeder Versuch, ein Quark aus diesem gebundenen Zustand zu trennen, kostet so viel Energie, dass es ausreicht, um paarweise neue Quarks zu produzieren, daher die Quark-Jets in Beschleunigerexperimenten.

Aufstellen

Ich betrachte jetzt das umgekehrte (hypothetische) Szenario. Angenommen, Sie haben anfangs zwei Quarks (zum Beispiel Up und Anti-Up), die weit voneinander entfernt platziert sind. Weit kaufen Ich meine hier weiter als jede andere Längenskala in CQD. Lassen Sie nun die beiden Quarks wie in einem Streuexperiment aufeinander zugehen.

Frage

In welchem ​​Abstand beginnen die beiden Quarks miteinander zu interagieren und was passiert? Da die starke Kraft einengend ist, sollte die Wechselwirkung stärker sein, je weiter die Quarks entfernt sind, aber sie können nicht außerhalb ihrer Kausalkegel interagieren, also wie funktioniert das bei wirklich großen Entfernungen?

Meine Gedanken

Ich stelle mir vor, dass sich die "freien" Quarks in einem metastabilen Zustand befinden und der wahre Grundzustand derjenige ist, in dem mehrere Quarkpaare paarweise erzeugt wurden, um sich an die beiden ursprünglichen Quarks zu binden. Je näher also die beiden Ausgangsquarks beieinander liegen, desto kleiner wird die Energiebarriere zwischen dem metastabilen und dem wahren Grundzustand. Also bei einiger Trennung R Es gibt eine charakteristische Zeitskala, bevor die Paarproduktion auftritt.

Ich denke, Sie verwechseln asymptotische Freiheit und Beschränkung in Ihrem Hintergrundabschnitt
Zweitens, was meinst du mit außerkausalem Kontakt? Sie sprechen von Teilchen, nicht von Ereignissen. Wenn Sie lange genug warten, befindet sich die Weltlinie des einen im Lichtkegel des anderen
im umgekehrten Teil der Geschichte, wo ist das Gluon?
@innisfree: Tut mir leid, ich war schlampig mit dem Begriff des kausalen Kontakts. Ich habe den Hintergrund und die Einrichtung aktualisiert, um Ihren Kommentaren zu entsprechen.
@igael: Das Gluon sollte da sein. Dies ist immer noch QCD, nur mit Partikeln in sehr großen Entfernungen. Weißt du jetzt, ob es etwas inhärent Instabiles gibt, nur ein isoliertes Quark zu erzeugen?

Antworten (2)

Ich glaube nicht, dass diese Annahme legitim ist:

Angenommen, Sie haben zunächst zwei Quarks (zum Beispiel Up und Anti-Up), die weit außerhalb des kausalen Kontakts zueinander stehen

für einen echten Versuchsaufbau. Was wäre in der Tat die Vorgeschichte dieser beiden skorrelierten (außerhalb des Lichtkegels des anderen) Quarks gewesen, die isoliert produziert werden sollten?

Wenn Sie ansonsten von diesem Setup ausgehen , wird Ihre Frage interessant.

Ich denke, das ist eine Art gedankenexperiment - wie würde sich diese anfängliche Konfiguration im Laufe der Zeit entwickeln?
Mir ist nichts Grundlegendes in CQD bekannt, das mich daran hindert, zwei Quarks mit einem sehr großen Abstand zu erstellen. Genau wie @innisfree schreibt, ist dies ein gedanken-experiment.
aber aufgrund des Confinements existiert kein freies Quark. Es ist also nicht möglich, 2 Quarks in einem sehr großen Abstand zu platzieren.

Die starke Kraft ähnelt dem Elektromagnetismus (der einzige Unterschied ist die Eichgruppe), und wie elektromagnetische Feldlinien müssen Feldlinien starker Kraft dort entstehen / enden, wo Ladung vorhanden ist. Alles andere würde gegen die Strong-Force-Version der Maxwellschen Gleichungen verstoßen.

Insbesondere wenn das Universum nur zwei Quarks enthält und das Feld im Unendlichen gegen Null geht, dann gibt es notwendigerweise Feldlinien, die die Quarks verbinden. Von allen Möglichkeiten, dies zu tun, ist die Konfiguration mit der niedrigsten Energie ein schmales, gerades Flussrohr.

Wenn man diese Konfiguration irgendwie herstellen könnte, würde sie im nächsten Moment in Quark-Antiquark-Paare zerfallen, man hätte also nie die Chance, die ursprünglichen Quarks zusammenzubringen. Jede andere Feldkonfiguration hätte eine höhere Energie, also wäre das Ergebnis das gleiche, aber noch stärker.

Wenn dieser Zerfall nie stattgefunden hätte (was absurderweise unwahrscheinlich ist, aber nicht unwahrscheinlicher, als diese Konfiguration überhaupt zu erzeugen), hätten Sie einfach eine Flussröhre, die wie üblich eine konstante Kraft von 10.000 N auf jedes Quark ausübt. Die Kraft kommt von der lokalen Feldkonfiguration, nicht vom anderen Quark.

Also, wenn ich Ihre Antwort umformuliere und sie auf meine Gedanken in der Frage beziehe. Sie sagen, dass der Staat, den ich geschaffen habe, nicht einmal metastabil ist. Es ist ohne Energiebarriere instabil, und das Zerfallsprodukt ist eine lange Linie von Quark-Anti-Quark-Paaren, die die schmale, gerade Flussröhre nachzeichnen?
@Mikael Fremling: Ich verstehe die Details nicht wirklich. Es gibt eine Energiebarriere, da Sie die Halbwertszeit des Zerfalls beliebig lang machen können, indem Sie die Masse des leichtesten farbgeladenen Teilchens erhöhen. Aber bei SM-Quark-Massen passiert es meiner Meinung nach auf der charakteristischen Zeitskala der starken Kraft, die da ist 10 − 24 S. Das Ergebnis ist ein Haufen Hadronen, so etwas wie (ursprüngliches Antiquark + neues Quark 1), (neues Antiquark 1 + neues Quark 2), ..., obwohl das vielleicht eine zu starke Vereinfachung ist. Jedenfalls "bricht" das Flußrohr an den Bruchstellen mit neuen realen Teilchen.
@Mikael Fremling: Hier ist ein Artikel darüber, was passiert, wenn das leichteste farbgeladene Teilchen massiver ist: arXiv:1708.02243 . Es gibt immer noch ein Flussmittelrohr, aber es kann ziemlich lang werden, ohne zu brechen.
Starke Kraft zwischen Quarks, die keinen kausalen Kontakt haben
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