Wie kann ein Pion eine Masse haben, vorausgesetzt, es ist ein "Feldvermittler" und wird kontinuierlich erstellt / zerstört?

Vielleicht sind einige meiner Annahmen hier grundsätzlich falsch, aber stimmt das nicht?

  • pion ist der „Vermittler“ für das starke Kraftfeld.
  • Die Quantenfeldtheorie besagt im Grunde, dass es keine Felder gibt, sondern dass alle Kräfte durch den ständigen Austausch von Mittlerteilchen verursacht werden.

Für mich sieht das so aus, als ob zwei Teilchen in einem Kern, die durch die starke Kraft zusammengehalten werden, ständig diese Pion-Teilchen "senden". Aber alle Referenzen sagen, dass diese Teilchen Masse haben! Warum bedeutet das nicht, dass ständig Masse geschaffen/zerstört wird? Wird die Masse der ganzen Kerne in irgendeiner Weise durch den konstanten Strom von Pionen beeinflusst? Wenn die Frage im Grunde irrelevant ist, was sind die wichtigsten Teile, die mir hier fehlen?

Warum würden Sie denken , dass eine Theorie namens Quantenfeldtheorie besagt , dass es keine Felder gibt? Tatsächlich sind die Felder die fundamentalen Objekte, während Teilchen „nur“ Anregungen sind; Darüber hinaus sind virtuelle Teilchen, die als Kraftvermittler fungieren, keine wirklichen Teilchen, sondern (wohl) Artefakte der Störungstheorie
Ich muss das natürlich noch genauer untersuchen, aber sind zum Beispiel Pionen nicht echte, detektierte, beobachtbare Teilchen? Ich habe gelesen, dass wir sogar die Wirkung freier Pionen von kosmischer Strahlung "beobachten" können?
Pionen sind, aber virtuelle Pionen sind es nicht
Lernen Sie etwas QM, sagten sie; das wird lustig, haben sie gesagt. :P

Antworten (2)

Zwei Punkte:

  • Pion-Austausch (oder allgemeiner leichter Meson-Austausch) ist eine vernünftige Annäherung (AKA eine "effektive Theorie") für die starke Kraft, da sie auf Nukleonen im Kern wirkt, aber es ist nicht die wirkliche starke Kraft, die durch Gluonen vermittelt wird.

    Mit anderen Worten, Pionen sind überhaupt keine wirklichen Kraftvermittler.

  • Das ist eigentlich kein Problem mit massiven Vermittlern. Die schwache Kraft wird von den W- und Z-Bosonen mit Massen von 80 bzw. 90 GeV getragen.

Ich dachte, dass Kraftteilchen massiv sein könnten (weil sie ohnehin nur virtuell sind), aber nur unter der Bedingung, dass die Kraft in ihrer Reichweite begrenzt ist. Macht das irgendeinen Sinn?
@AlanSE Ja, schwere Träger führen Reichweitengrenzen ein, und die Pion-Masse ist mehr oder weniger für die Reichweite der Kraft zwischen den Nukleonen verantwortlich. Wie gesagt, das Pion-Austauschmodell ist eine gute effektive Theorie.
Eine so weit verbreitete Annäherung ist eine, die die Erzeugung/Vernichtung von Masse/Energie annimmt? Trotz Energiesparprinzip? Das ist der Teil, den ich nicht verstehe, wie können wir sagen, dass alle Feldmediatoren (dh Partikel, die ständig erzeugt werden, denke ich?) Masse haben können, wenn dies der Energieerhaltung widerspricht?
@Cray: Das handgewellte Argument ist, dass aufgrund der Unsicherheit alles geht, solange die Aktion nicht überschreitet ℏ

Die fundamentalen Kraftträger sind Eichbosonen und die Eichsymmetrien verbieten es ihnen, eine Masse zu haben. Sie können nur durch den Higgs-Mechanismus Masse gewinnen, wie beim W und Z, dh die Eichsymmetrie muss spontan gebrochen werden.

In gewissem Sinne haben Sie also Recht, die fundamentalen Kraftmediatoren sollten masselos sein, aber nicht aus dem Grund, den Sie angegeben haben, und es gibt eine Ausstiegsklausel, wenn der Higgs-Mechanismus im Spiel ist.

Aber die Pionen sind keine fundamentalen Kraftvermittler und keine Eichbosonen, daher müssen sie aus diesem Grund nicht masselos sein. All dies hat jedoch eine interessante Wendung: Man kann die Pionen tatsächlich als die Nambu-Goldstone-Bosonen der spontan gebrochenen chiralen Symmetrie verstehen (gebrochen durch den Nicht-Null-Vakuum-Erwartungswert des Quark-Kondensats). Wenn die chirale Symmetrie genau wäre, müssten die Pionen tatsächlich masselos sein (nach dem Satz von Goldstone). Die chirale Symmetrie ist jedoch nur eine ungefähre Symmetrie, da sie durch die Quarkmassen explizit gebrochen wird. Aus diesem Grund dürfen die Pionen eine (kleine) Masse haben und werden daher 'Pseudo'-Nambu-Goldstone-Bosonen genannt.

Ich hoffe, das Obige hilft, die Situation in Bezug auf die Massen der Kraftvermittler und der Pionen zu erklären. Ich spüre jedoch, dass Ihre eigentliche Verwirrung in der Tatsache besteht, dass Sie nicht verstehen können, wie ein Kraftvermittler eine Masse haben kann, da Sie glauben, dass dies die interagierenden Teilchen auf eine Weise beeinflussen wird, die nicht beobachtet wird. Sie scheinen besorgt darüber zu sein, dass die interagierenden Teilchen Masse erzeugen und zerstören müssen. Aber warum sollte man sich so viele Gedanken um die Masse machen? Selbst bei einem masselosen Kraftvermittler müssen die wechselwirkenden Teilchen immer noch die Energie des übertragenen Vermittlers erzeugen und zerstören, und Masse ist einfach eine Form von Energie. Nach Ihrer Argumentation sollten Sie sich also gleichermaßen um massive und masselose Kraftträger kümmern.

Aber Ihre Argumentation sollte Sie einfach nicht beunruhigen, warum machen Sie sich Sorgen über diesen ständigen Energieaustausch? Schließlich interagieren die Teilchen und wie könnten sie das sonst tun? Eine sehr einfache Analogie dazu, wie der Austausch eines massiven Teilchens eine Kraft erzeugen könnte, wäre, wenn zwei Personen in Booten sitzen und sich gegenseitig einen schweren Ball zuwerfen würden, sie sich auseinander bewegen würden und der Austausch des massiven Balls eine erzeugen würde abstoßende Kraft.

Die obige Analogie kommt der realen Situation nicht zu nahe und würde beispielsweise Anziehungskräfte nicht erklären, zeigt aber zumindest, dass man sich in einer solchen Situation keine Gedanken über die Übertragung von Masse oder Energie machen sollte. Um wirklich zu verstehen, wie virtuelle Teilchen eine Kraft übertragen können, muss man die Berechnungen durchführen und verstehen, dass virtuelle Teilchen eigentlich gar keine Teilchen sind, sondern nicht-teilchenartige Störungen in ihren jeweiligen Feldern. Sie sollten auch bedenken, dass jedes interagierende Teilchen ständig virtuelle Teilchen in seiner Nähe erzeugt und zerstört – die Erzeugung und Vernichtung virtueller Teilchen sind einfach ein wesentlicher Bestandteil der Definition des Teilchens überhaupt.

Sie haben Recht, die Erzeugung / Zerstörung von Energie ist für mich gleichermaßen verwirrend. Ich habe nur die Masse als Beispiel genommen, es schien einfacher, eine Frage zu erstellen. Aber ist die Quintessenz dies: dass alle Kraftvermittlerteilchen tatsächlich "virtuell" sind und niemals nachgewiesen werden könnten, selbst wenn man irgendwie, sagen wir, zwischen zwei Protonen in einem Kern gelangen und versuchen könnte, zu erkennen, was dort vor sich geht? (Sicherlich unmöglicher Vorschlag, aber wenn es möglich wäre) ? Außerdem, was leistet denn die Erklärung eines Feldes durch quantifizierte Mediatoren wirklich? Was erklärt es, wenn sie alle virtuell sind?
Ja, alle Kraftvermittler sind virtuelle Teilchen. Ein Teilchen ist definiert als ein asymptotischer Zustand, der unendlich weit von anderen Teilchen entfernt ist. Virtuelle Teilchen sind diese also nicht und können als solche nicht erkannt werden. Sie sollten einfach als Störungen im Feld betrachtet werden, und der Name Partikel ist ein wenig irreführend. Ich würde sagen, dass die Verwendung von Partikelmediatoren im Feynman-Diagrammansatz liegt, bei dem wir die Wechselwirkung von Feldern durch den Austausch eines oder mehrerer virtueller Partikel darstellen, um eine Störungsberechnung darzustellen. Aber das ist mehr ein mathematisches Werkzeug als ein wahres Bild der Realität.
Wie kann ein Pion eine Masse haben, vorausgesetzt, es ist ein "Feldvermittler" und wird kontinuierlich erstellt / zerstört?
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