Warum ist ein Pion so leicht im Vergleich zu einem Neutron oder Proton?

Ein Pion besteht aus einem Paar Up- und/oder Down-Quarks. Ein Neutron oder Proton besteht aus drei Up- oder Down-Quarks. So naiv würde ich erwarten, dass ein Pion etwa 2/3 der Masse eines Nukleons hat.

Tatsächlich ist es weniger als 1/6 der Masse. Warum ist es so viel leichter? Gibt es einen Grund, warum im Gluonenfeld eines Pions viel weniger Energie enthalten ist als im Gluonenfeld eines Nukleons?

Verwandte: physical.stackexchange.com/q/9663/2451 , physical.stackexchange.com/q/31407/2451 und darin enthaltene Antworten. Siehe auch Wikipedia .
Es gab kürzlich einen sehr guten Beitrag über die Struktur von Protonen und Neutronen unter profmattstrassler.com/articles-and-posts/… aber natürlich könnte ein Pion genauso kompliziert sein, also ist Ihre Frage, warum es nicht so ist, eine gute .
Nun, das ist einer der Hinweise darauf, dass die Quarkmassen einen sehr kleinen Teil der Massen der leichten Hadronen ausmachen. Dann kann man auf sehr qualitative und handgewellte Weise argumentieren, dass die Masse des Klebers schneller skaliert als die Anzahl der Quarks, weil die Gluonen miteinander interagieren können. Danach müssen Sie einen Theoretiker fragen.
@dmckee: Schön! Wenn Gluonen nicht interagieren würden, würde das Gluonenfeld wie die Anzahl der Quarks skalieren N , und seine Energie würde wie skalieren N 2 . Vermutlich ist der Exponent wegen der Gluon-Gluon-Wechselwirkungen sogar größer als 2...?
Wie gesagt, das ist alles Handwinken. Vielleicht können die lQCD-Leute etwas Licht in den detaillierten Mechanismus bringen. Ich bin an den Grenzen meines schwachen kleinen experimentellen Gehirns.

Antworten (1)

Lassen Sie mich zunächst sagen, dass die "aktuellen" Massen für die leichten Quarks (oben/unten) sehr klein sind und etwa 1-4 MeV betragen. Die Pionen haben Massen von etwa 140 MeV und die Protonen/Neutronen haben Massen von etwa 1 GeV.

Wenn Sie bei hohen Energien beginnen und sich zu niedrigeren Energien bewegen, nimmt die starke Kernkraft an Stärke zu ... bis ungefähr λ Q C D ∼ 250 M e v wo die Kopplungskonstante auf "unendlich" explodiert und Sie eine Beschränkung für die Quark-Freiheitsgrade erhalten und sie ein Kondensat bilden und auch eine "konstituierende" Masse von jeweils ~ 350 MeV aufnehmen. Das bedeutet, dass alle effektiven Materieteilchen, die wir beobachten, farbneutral sein müssen, wobei Baryonen eine Masse von ~350x3 MeV haben. Da die Quarks kondensieren, werden die U ( 2 ) L × U ( 2 ) R Die Flavor-Symmetrie zwischen den leichten Quarks wird in einen "diagonalen" Vektor zerlegt S U ( 2 ) v allgemein als Isospin bekannt .

Hinweis: Dieser Prozess ist als chirale Symmetriebrechung bekannt und tritt nicht störungsfrei auf (da wir uns in einem stark gekoppelten Regime befinden). Es ist also noch nicht ganz verstanden.

Die Pionen sind (Pseudo-)Goldstone-Bosonen der gebrochenen Achse S U ( 2 ) A Symmetrie. Da die Up/Down-Quarks leicht unterschiedliche Massen haben, ist die Symmetrie nicht exakt (daher das „Pseudo“). Aber da ihre "aktuellen" Massen so verdammt leicht sind im Vergleich zu den effektiven "konstituierenden" Massen, die durch das Brechen der chiralen Symmetrie erzeugt werden, ist die ungefähre Symmetrie eine sehr gute Annäherung. Das bedeutet, dass die Pionen gewissermaßen masselos sind (im Vergleich zur Masse der Baryonen, dh den "konstituierenden" Massen). Ich habe keine schlaue Erklärung, um die Pion-Masse zu bekommen.

HTH. Die konzeptionellen Aspekte sind unter https://physics.stackexchange.com/a/17214/3998 recht gut ausführlicher erklärt .

Den Quarks eine konstituierende Masse zuordnen etwas weiter oben 2 M π hilft hier nicht wirklich weiter (obwohl es das Baryonenspektrum ganz passabel erklärt): Es bleibt nur die Frage, warum das Pion um den Faktor vier zu leicht ist.
Nun, wenn man das nichtlineare Sigma-Modell ausarbeitet, dann ergibt sich die Pion-Masse proportional zur Summe der aktuellen Massen der beiden Quarks (und des Kondensats vev, dividiert durch F π 2 Wo F π ist die Pion-Zerfallskonstante). Aber wie gesagt, ich verstehe es nicht gut genug, um das große Ganze zu erklären, ohne mich in den Details zu verlieren.
Warum ist ein Pion so leicht im Vergleich zu einem Neutron oder Proton?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v