Was hält Quarks getrennt (starke Kraft zieht, aber was stößt sich ab, um sich auszugleichen)

Da eine starke Kraft (vermittelt durch Gluonen) Quarks zusammenzieht, was hält die Quarks voneinander getrennt, was bedeutet, warum kommen die Quarks nicht näher zusammen und quetschen sich ineinander? Ich sehe nur die starke Kraft ziehen, aber was ist die andere Kraft, die hier abstößt und gleicht?

Zunächst einmal sind Quarks im Gegensatz zu Protonen und Neutronen keine zusammengesetzten Teilchen, sondern Elementarteilchen im Standardmodell der Teilchenphysik , das die bisherigen Daten beschreibt.

Hier ist eine Illustration, die beschreibt, was innerhalb des zusammengesetzten Protons passiert:

Quarks und Antiquarks und Gluonen tanzen umher und vernichten und paaren sich ununterbrochen, so dass sie sich in den Feynman-Diagrammen der einzelnen Wechselwirkungen "überlappen" und vernichten. Die drei Valenzquarks gehen in der Suppe verloren, und auf jeden Fall ist es eine Frage der Quantenzahlerhaltung, es sollte für das Proton einen Überschuss von eins nach unten und zwei nach oben geben.

Es geht also nicht um Abstoßung, es ist nur so, dass sich die Quarkness oben und unten insgesamt zu den Valenzquarks eines Protons addieren sollte, und dasselbe gilt für das Neutron zwei unten eins oben Überschuss in der Suppe .

Ich verstehe, dass im Falle von zwei Protonen zwei Kräfte gleich sind, elektrische Kraft abstößt und Kernkraft anzieht. Deshalb sind zwei Protonen in einem Kern stabil und fliegen nicht weg und prallen auch nicht aufeinander. Im Falle eines Neutrons gibt es keine elektrische Kraft zum Abstoßen, aber es gibt immer noch eine Kernkraft zum Anziehen, sodass ein Neutron zu einem anderen Neutron oder Proton zusammengezogen wird, aber was hält das Neutron davon ab, in ein anderes Neutron oder Proton zu zerbrechen?

Ein Neutron ist ebenso wie ein Proton ein gebundener Zustand der QCD. Gebunden wie ein Wasserstoffatom. Aus dem gleichen Grund, aus dem zwei Wasserstoffatome mit niedriger Energie Wasserstoffatome bleiben, wenn zwei Neutronen mit niedriger Energie aufeinander treffen, bleiben sie Neutronen, ein spezifischer (komplizierter) gebundener Zustand von Quarks. Bei hoher Energie werden sie viele Quark-Antiquark-Paare erzeugen, die gleichen wie die Ergebnisse, die bei den LHC-Proton-Proton-Streuungen zu sehen sind, obwohl die Erhaltung der Baryonenzahl bei allen Elementarteilchen-Wechselwirkungen gilt.

Zusammenfassend geht es nicht um Schieben und Abstoßen, sondern um konservierte Quantenzahlen und/oder gebundene Zustände.

In der Gitter-QCD nehmen sie ein Potential an und können dort innerhalb der Grenzen des Modells näherungsweise auflösen, um Massen für Pionen und Kaonen zu finden.

1. Die starke Kraft zieht Quarks zusammen, wird aber auch schwächer, wenn die Quarks näher kommen (dh sie wirkt wie eine Feder), in einem Phänomen, das als "asymptotische Freiheit" bekannt ist. Auf diese Weise unterscheidet sich die starke Kraft stark vom Elektromagnetismus, bei dem die Kraft stärker wird, wenn die Ladungen näher beieinander liegen. Daher gibt es keinen Grund zu erwarten, dass Quarks, die eng beieinander liegen, sofort vernichten, da auf sie von vornherein nicht viel Kraft einwirkt.

2. Die Kraft, die Nukleonen zusammenhält, wird durch das Nukleon-Nukleon (NN)-Potential beschrieben, das so aussieht (horizontale Achse ist$r$, vertikale Achse ist$V$):

Das NN-Potential ist eine Restwechselwirkung , die aus sehr weitreichenden Reaktionen zwischen Quarks in benachbarten Nukleonen resultiert. Da die Reaktion weitreichend ist, können Farbladungen (und damit Gluonen) nicht ausgetauscht werden. Als solche sind die Mediatoren für diese Kraft farbneutral und bestehen aus den leichteren Mesonen (wie$\pi$,$\rho$, Und$\sigma$). Aus diesem Grund unterscheidet sich die Natur dieser Restwechselwirkung vollständig von der starken Wechselwirkung auf Quark-Ebene. Beachten Sie insbesondere die starke Abstoßung, die bei Entfernungen von weniger als 1 fm (dh dem Durchmesser eines Nukleons) auftritt. Diese Abstoßung, vermittelt durch Vektor-Meson ($\rho$) Austausch, hält Protonen und Neutronen auseinander.

Ich sehe nur die starke Kraft ziehen, aber was ist die andere Kraft, die hier abstößt und gleicht?

Sie müssen verstehen, dass die Physik auf einem großen Haufen von Annahmen aufbaut, und die kumulative Menge von Annahmen stimmt mit der experimentellen Realität überein, zumindest in einem statistischen Sinne.

Es wird angenommen, dass die elektrische Kraft bei allen Größen gleich wirkt. Das liegt daran, dass die elektrische Kraft erfunden wurde, bevor wir etwas über Atome wussten. Die Infinitesimalrechnung war erfunden worden, und die Anwendung der Infinitesimalrechnung auf elektrische Kraft führte automatisch zu der Annahme, dass alles bis auf einzelne Punkte gleich funktioniert.

Als der Atomkern als Reaktion auf experimentelle Beweise erfunden wurde, ging man davon aus, dass der Kern eine Kugel aus Protonen und Neutronen sei. Da Protonen und Neutronen außerhalb von Kernen gefunden wurden, war es naheliegend anzunehmen, dass Kerne daraus bestehen.

Aber man nahm an, dass Protonen kleine Ladungskugeln sind, die zu jeder Zeit das Gleiche in alle Richtungen zwingen. Das ist die einfachste Annahme. Warum flogen Kerne nicht von der Abstoßung weg? Sie nahmen an, dass es eine starke Kraft gab, die sie zusammenhielt.

Warum kollabierten Kerne nicht in Punkte? Sie nahmen an, dass es eine Kraft gab, die sie auseinander drückte, die nur auf kurze Distanz wirkte. (Sie nahmen an, dass es nicht nur auf kurze Entfernungen wirkt, sondern dass es auf größere Entfernungen schnell schwächer wird. Dies würde bedeuten, dass das Gesetz des umgekehrten Quadrats nicht ganz in der Nähe von Atomkernen gilt, weil die Abstoßungskraft dort schwach abstoßend wäre. Das war es eine Annahme, die vielleicht getestet werden könnte.)

Warum sollte man der abstoßenden Kraft nicht einen anderen Namen geben als der starken Kraft, die Kerne am Explodieren hindert? Warum eine zweite komplizierte Kraft anstelle von zwei einfacheren Kräften? Historischer Unfall. Sie erfanden etwas, um zwei Fragen zu lösen, die sie hatten, nachdem sie angenommen hatten, dass elektrische Kraft auf Protonen in einem Kern genauso wirkt wie auf 1-cm-Markkugeln, und sie entschieden sich, an eine hypothetische Kraft zu denken, um zwei Probleme zu lösen.

Die Annahmen sind irgendwie willkürlich, aber zusammengenommen passen sie im statistischen Sinne im Durchschnitt zu den experimentellen Beweisen.