Stoßen sich Quarkladungen ab?

Experimentell wurde die Ladungsverteilung von Protonen und Neutronen als Funktion des Radius gemessen .

Der unterschiedliche Ladungsgehalt der beiden Nukleonen beeinflusst also die Verteilungen. Wie die andere Antwort besagt, ist dies das Regime, in dem nur Quantenchromodynamikmodelle versuchen können, die Wellenfunktionen der Quarks innerhalb der Nukleonen zu beschreiben. Wenn das Wort Kraft also eine Bedeutung hat, dann durch das Potenzial, das es klassisch darstellt. Im Nukleon ist es kein einfaches 1/r-Coulomb-Potential zwischen freien Quarks, da die starke Wechselwirkung mit den farbigen Ladungen zwischen Quarks das Problem dominiert.

Im Regime der Elementarteilchen, und die Quarks sind ein Teil davon, spricht man normalerweise von Wechselwirkungen und nicht von Kräften, aber man nennt sie auch Kräfte:

Fundamentale Wechselwirkungen, auch als fundamentale Kräfte bekannt, sind die Wechselwirkungen in physikalischen Systemen, die nicht auf grundlegendere Wechselwirkungen reduzierbar zu sein scheinen. Es gibt vier konventionell akzeptierte grundlegende Wechselwirkungen – Gravitation, elektromagnetische, starke nukleare und schwache nukleare. Jeder wird als Dynamik eines Feldes verstanden. Die Gravitationskraft wird als kontinuierliches klassisches Feld modelliert. Die anderen drei sind jeweils als diskrete Quantenfelder modelliert und weisen eine messbare Einheit oder ein Elementarteilchen auf.

Wenn man ein Elektron und ein Proton hat, kann man nach dem Coulomb-1/r-Potential für das Wasserstoffatom auflösen und Ergebnisse erhalten, die zu den Spektraldaten passen. Das 1/r ergibt sich aus der Verbindung konservativer Kräfte mit Potential ( -dV(x)/dx=F(x)), dem Verhalten der elektromagnetischen Kraft, obwohl es nicht direkt messbar ist. Nur die Wahrscheinlichkeitsverteilungen für das Auffinden des Elektrons bei (x,y,z,t) können durch die quantenmechanische Theorie/das quantenmechanische Modell vorhergesagt werden.

Bei der starken Wechselwirkung gibt es Farbladungen zwischen Quarks, die anziehend sind, und das Potential ist ~r^2 und nimmt mit zunehmendem Abstand zu. Das Wechselspiel zwischen diesen beiden Potentialen, wenn es in die quantenmechanischen Modelle eingegeben wird, sollte die beobachteten Verteilungen sowie andere funktionale Formen wie Dipole und Quadrupole ergeben.

Das ist keine sinnvolle Frage.

Nein, wirklich nicht. Quarks existieren nicht als frei geladene Objekte, für die wir die klassische Grenze nehmen und "Kräfte" auf sie betrachten könnten. Sie sind beschränkt und treten nur als Bestandteile gebundener Zustände auf. In der Quantenmechanik macht es keinen Sinn zu fragen, ob sich die Bestandteile eines gebundenen Zustands „abstoßen“ oder „anziehen“. Die Elektronen in einem Atom werden in keiner Weise vom Kern "angezogen", außer dass das "anziehende" Coulomb-Potential überhaupt für die Existenz der gebundenen Elektronenzustände verantwortlich ist - aber es gibt keine "Kraft". Von der klassischen Kraftvorstellung bleibt nur noch ein gewisser Beitrag des entsprechenden Potentials zur Bindungsenergie.

In dem Artikel „The Anatomy of a Neutron“ von Timothy Paul Smith (online verfügbar) sagte der Autor in Abbildung 3.: „In einem Quark-Modell, das Spin enthält, gibt es eine Abstoßung (Abstoßung?) zwischen Quarks mit Parallelität Spins, so dass die Quarks leicht verzerrte Bahnen haben. Beim Proton ist der Effekt auf den Ladungsradius fast nicht wahrnehmbar. Beim Neutron führt er jedoch zu einer leicht negativen Oberfläche und einem leicht positiven Zentrum.“

Stoßen sich Quarkladungen ab?

Nein. Quarks sind keine kleinen Kugeln und auch keine Punktladungen. Es ist die Quantenfeldtheorie, nicht die Quantenpunkt-Teilchen-Theorie. Es ist die Wellennatur der Materie, nicht die Punktteilchennatur der Materie. Schauen Sie sich einige Bilder von elektromagnetischen Wellen an . Der erste Teil der Welle ist positiv, der zweite Teil ist negativ. Aber die beiden Teile stoßen sich nicht ab. Bei Quarks ist es ähnlich. Sie können dies irgendwie herausfinden, indem Sie über Protonenbeugung und Paarbildung und -vernichtung nachdenken. Bei der niederenergetischen Proton-Antiproton-Vernichtung durch Gamma-Photonen fing man mit 2 wellenartigen Dingen an und endete mit 2 wellenartigen Dingen. Die Tatsache, dass erstere drei Teile und letztere zwei Teile haben, macht keinen großen Unterschied.

Positive elektrische Ladungen stoßen andere positive Ladungen ab und negative stoßen negative ab. Aber gilt das auch für Quarks?

Nein, denn ein Quark ist eigentlich kein geladenes Teilchen wie ein Elektron. Ich weiß, dass die Leute sagen, es sei ein fundamentales Teilchen, aber niemand hat jemals ein freies Quark gesehen. IMHO ist es besser, es als "Partikelkomponente mit dem kleinsten gemeinsamen Nenner" zu betrachten, als als ein eigentliches Partikel für sich. Bei Gluonen ist es ähnlich. Die Gluonen in gewöhnlichen Hadronen wie dem Proton sind virtuell , und virtuelle Teilchen existieren nur in der Mathematik des Modells .

Ich habe nie eine Erwähnung davon gesehen, aber wenn ja, würde das bedeuten, dass sich die Up-Quarks in einem Proton aktiv gegenseitig abstoßen, oder nicht? Dasselbe gilt natürlich für Down-Quarks in Neutronen.

Nein. Wie ACuriousMind sagte, Quarks existieren nicht als freie geladene Objekte, sie sind begrenzt und treten nur als Bestandteile von gebundenen Zuständen auf. IMHO, um dies wirklich zu verstehen, muss man sich die topologische Quantenfeldtheorie ansehen . Sehen Sie die blauen Kleeblätter oben auf dieser TQFT-Clubseite ? Sie sind aus einem bestimmten Grund da, und das ist das am schlechtesten gehütete Geheimnis der Physik. Stöbern Sie herum und Sie werden bald diese Bilder eines Protons und eines Kleeblatts finden:

Legen Sie Ihren Finger auf das Kleeblatt unten links, gehen Sie dann gegen den Uhrzeigersinn herum und rufen Sie die Überkreuzungsrichtungen auf: hoch, runter, hoch . Wo haben Sie das schon einmal gehört? LOL! Die Quarks sind nur Teile des gebundenen Zustands. Sie sind keine Punktteilchen. Wenn sie es wären, könnten Sie Protonen oder Neutronen oder Buckyballs nicht beugen. Quarks sind "Partons" oder Teile, keine Dinge, die für sich allein existieren können.