Warum fügt die Bindungsenergie der Quarks den Nukleonen Masse hinzu, anstatt sie zu reduzieren? [Duplikat]

Die Masse der Nukleonen ist größer als die Summe der Massen ihrer Quarks. Ich verstehe, dass dies daran liegt, dass Sie die Bindungsenergie dieser Quarks berücksichtigen müssen.

Was ich nicht verstehe, ist Folgendes: In einem Kernphysikkurs wurde mir beigebracht, dass die Masse der Kerne kleiner ist als die Summe der Massen ihrer Nukleonen, weil die Bindungsenergie zwischen ihnen negativ ist, um sie stabil zu machen.

Wenn also die Bindungsenergie von Nukleonen negativ ist, weil angenommen wird, dass es sich um eine Anziehungskraft handelt, die Nukleonen stabil hält, warum erhöht die Bindungsenergie von Quarks die Masse von Nukleonen, anstatt sie zu verringern, wenn es auch eine Anziehungskraft ist, die Quarks stabil hält?

Ich verstehe, dass wir uns im Quark-Regime mit Quantenchromodynamik befassen müssen und das Konzept von Kraft und Energie nicht so einfach ist, aber ich hatte sowieso erwartet, dass die Bindungsenergie jeder anziehenden Wechselwirkung negativ ist ...

Antworten (1)

Wenn Sie sagen, dass die Bindungsenergie beispielsweise eines Wasserstoffatoms negativ ist, vergleichen Sie zwei Zustände

  • Ein Wasserstoffatom, bei dem sich die beiden Teilchen in unmittelbarer Nähe zueinander befinden
  • Ein freies Proton und ein freies Elektron, wobei die beiden Teilchen beliebig weit voneinander entfernt sind (wo sie frei sind).

Dasselbe gilt, wenn man sagt, ein gebundener Kern sei weniger massereich als die Bestandteile: man vergleiche es mit einem Fall, in dem sie voneinander getrennt (also frei) sind.

Es macht jedoch keinen Sinn, davon zu sprechen, die Masse eines Baryons mit den Massen der weit voneinander entfernten Valenzquarks zu vergleichen: Einschluss bedeutet, dass der zweite Zustand keine physikalisch realisierbare Situation ist.

Womit vergleichen wir uns also?

Ich bin froh, dass du gefragt hast. Wir bemerken, dass wir bei zutiefst unelastischen Kollisionen scheinbar von Partons abprallen, die sich so verhalten, als ob sie frei wären. Dies nennt man „ asymptotische Freiheit “.

Wir vergleichen also die Masse des Baryons mit der Summe der Massen der Valenzquarks, wie sie bei hoher Wechselwirkungsenergie (wo sie frei sind) bestimmt wurden.

Also, warum setzt das das Zeichen der Bindung? Wir haben die Angewohnheit, den Nullpunkt der potentiellen Energie in der Situation zu definieren, in der die Wechselwirkung, um die Sie sich Sorgen machen, auf Null gegangen ist. Für die Coulomb-Kraft, die bei unendlicher Trennung ist. Für die starke Kernkraft können Sie alles über etwa 10 Fermis verwenden, aber wir nehmen sie im Allgemeinen auch als unendlich an. Für die wirklich starke Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen muss sie dort eingestellt werden, wo sie frei sind, und das ist im Nullabstand. Und es braucht Energie, um sie auseinander zu ziehen, also haben alle Nicht-Null-Trennungen eine positive potentielle Energie, die dem gebundenen Zustand mehr Masse verleiht als die Summe der konstituierenden Massen.

„Für die wirklich starke Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen muss sie dort eingestellt werden, wo sie frei sind, und das ist im Nullabstand.“ Warum Nulltrennung? Meinst du, bei Null ist die Trennkraft Null?
@Theasgardian Es ist analog zur potentiellen und kinetischen Energie einer gedehnten Feder. Schauen Sie sich die Bilder hier an en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement
@anna v Wenn eine Feder ungedehnt ist, ist die Rückstellkraft Null. Ähnlich ist die Kraft zwischen Quarks geringer, wenn der Abstand zwischen ihnen geringer ist, und Null, wenn der Abstand Null ist. Meinst du das?
@Theasgardian ja, die Kraft zwischen Quarks und Gluonen hängt vom Abstand ab, je größer der Abstand, desto stärker die Kraft. Schau mal hier profmattstrassler.com/articles-and-posts/…
Gute Antwort! Ich habe noch eine Frage: Wenn der Zustand, in dem die Quarks getrennt sind, nicht physikalisch ist, wie können wir dann die Masse der Quarks kennen? und, was noch wichtiger ist, macht es Sinn, von Masse zu sprechen, wenn das Teilchen nicht wirklich frei sein kann?
@PCspaniel Das sind nicht triviale Fragen und es hat eine Weile gedauert, bis die Community einen Konsens über die Antworten hatte. Die experimentelle Antwort ist, dass wir die Streukinematik von, sagen wir, Elektronen bei sehr hohem Impulstransfer messen (wo sie keiner signifikanten starken Wechselwirkung unterliegen) und die quasi-elastische Masse der Teilchen finden, von denen sie abprallen, aber das wird nur uns bisher. Es folgt viel Modellierung, Anpassung und Berechnung. Jahrzehntelange Arbeit war damit verbunden, und ich bin nicht wirklich ein Experte. Anna v kann vielleicht eine bessere Zusammenfassung geben.
Warum fügt die Bindungsenergie der Quarks den Nukleonen Masse hinzu, anstatt sie zu reduzieren? [Duplikat]
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