¿Cómo es exactamente la fuerza nuclear fuerte mediada por piones que surgen virtualmente?

Answer 1

Primero, todas las fuerzas están mediadas por partículas virtuales. Es el intercambio de estas partículas virtuales que dan lugar a los campos estáticos que son originados por partículas, como el campo eléctrico alrededor de un electrón.

La parte real de la pregunta es cómo los piones median la fuerza fuerte. La respuesta es que esta es una dramática simplificación de la fuerza fuerte. La fuerza fuerte es la fuerza residual de la interacción del color. A primera aproximación, cada vez que hable sobre la fuerza fuerte, nunca debería hablar sobre los quarks al mismo tiempo, son descripciones de la naturaleza que se excluyen mutuamente. La fuerza del color se debe a que es suficientemente fuerte como para limitar todas las fuentes de carga de color en objetos de color neutro dentro de una distancia de sub-femtómetro. Después de esto, solo hay objetos de color neutro como nucleones, piones, etc.

Hay docenas de partículas de luz que participan en la interacción fuerte. Dado que las partículas masivas producen una fuerza Yukawa, que se vuelve en fuerza exponencial con una escala de distancia establecida por la longitud de onda de Compton de la partícula, las más ligeras son las más importantes. Estas partículas de luz son los piones, los mesones rho, la resonancia sigma, la resonancia omega. Hay versiones más altas de masa / giro de todas estas partículas y también participan en la fuerza fuerte, pero en menor grado.

La tradición es que todas estas diferentes resonancias de luz contribuyen de diferentes maneras al potencial.

La naturaleza exacta del potencial nuclear es realmente complicada y un campo un tanto oscuro. Los potenciales son realmente solo descripciones limpias de la física en entornos no relativistas, pero los nucleones tienen velocidades de Fermi (las velocidades típicas de los nucleones dentro de los núcleos) de aproximadamente el 20% de la velocidad de la luz. Esto significa que los efectos relativistas son significativos.

En cuanto a cómo los piones que son bosones pseudo-Goldstone figuran en esto, es una historia complicada. Los bosones de Goldstone no mediarían una fuerza escalar de Yukawa porque los bosones de Goldstone tienen interacciones de velocidad suprimida. Sin embargo, no son bosones de Goldstone exactos, por lo que sí recogen la velocidad de las interacciones sin supresión. Algunas personas incluso debaten sobre cómo los pseudo-Goldstone son los piones (yo personalmente encuentro estas nueces). Algunas personas dicen que su masa ligera es un efecto dinámico provocado por las enormes interacciones spin-spin de los quarks constitutivos (otras personas dicen que este es el quark constituyente Imagen de cómo surgen las pseudo-Goldstones). De todos modos, tienen los números cuánticos que deben intercambiarse entre los nucleones y, por lo tanto, producen algo de fuerza y ​​ese es un componente de la fuerza nuclear fuerte.

Los mesones Rho son más pesados, pero interactúan fuertemente y también tienen un gran ancho que mitiga algunos de los efectos de masa. La resonancia de Sigma está realmente interactuando fuertemente y es universalmente atractiva y también tiene un ancho enorme.

Answer 2

Los piones no surgen “virtualmente”: los piones son partículas completamente reales en la naturaleza, al igual que los nucleones. Son de corta duración e inestables, deberíamos llamarlos resonancias, estrictamente hablando. Sin embargo, son indudablemente tan reales como son los nucleones.

Los tres piones se han observado junto con sus desintegraciones, y pueden crearse fácilmente en colisiones nucleón-nucleón por encima del umbral.

Así que simplemente no hay duda de que el intercambio virtual de piones es posible entre los nucleones y que surgirá en una teoría cuántica de campos que incluye los nucleones y los piones.

Dicha teoría de las interacciones de dos nucleones puede empujarse muy lejos y elaborarse con gran detalle, cuando se incluye un conjunto más amplio de mesones, así como los piones pseudoescalar que se necesitan un mesón escalar [math] \ sigma [/ math] y dos mesones vectoriales [math] \ rho, \ omega [/ math] así como un mesón pseudo-vector [math] A_1 [/ math]. Todos estos, salvo el [math] \ sigma [/ math], son definitivamente observados. Por lo tanto, una simetría quiral aproximada es una característica del espectro de mesones de baja energía.

Es un hecho empírico.

La simetría quiral se construye automáticamente por la baja masa del pión y el nonet asociado de los bosones pseudoescalar, así como sus compañeros escalares. La simetría quiral es simplemente un hecho de las interacciones de baja energía de nucleones y piones, como lo demuestra el éxito de los teoremas de álgebra y pión suave actuales y la desintegración de pión. Por lo tanto, al construir teorías de campo de las fuerzas nucleónicas de baja energía, la simetría quiral no puede ser ignorada, y el pión es el bosón de Goldstone asociado con esa simetría quiral.

La simetría quiral se rompe espontáneamente en el vacío; de nuevo, es un hecho empírico y una característica de la dinámica no perturbativa de la QCD.

Es una consecuencia de la simetría quiral subyacente de QCD con quarks sin masa. Las masas de luz de los quarks hacia arriba, hacia abajo y extraños en relación con el parámetro de escala QCD significan que esta simetría sobrevive principalmente en las interacciones de los estados ligados incoloros de los quarks.

En términos generales, estos estados unidos se forman en el tamaño del parámetro de escala QCD, que es donde QCD se convierte en una fuerte teoría de acoplamiento y completamente intratable.

Esta escala es de aproximadamente 200 MeV considerada como una energía o 1 fermi, considerada como una longitud.

Por lo tanto, las escalas más grandes que la longitud o más pequeñas que las piones y nucleones de energía son los grados correctos de libertad para considerar en lugar de los quarks y los gluones.

Otra forma de ver el problema fue propuesta por Gerard ‘t Hooft, quien demostró que en el límite de una gran cantidad de colores, la QCD se reduciría a una teoría de mesones y glueballs interactuantes, en esta imagen los nucleones emergen como solitones en el campos de mesones.

Entonces, nuevamente, la teoría involucra diferentes grados de libertad que los que se ponen en el Lagrangiano.

Answer 3

En términos muy crudos, las distancias entre los nucleones (protones y neutrones) son tan grandes que intercambian partículas que son neutrales en términos de la interacción fuerte. En este sentido, esto se denomina interacción fuerte “débil”, en restricción con la interacción fuerte más fuerte dentro de los nucleones, que está mediada por los gluones.

Los piones son bolsas de par de quarks a primera aproximación y cumplen ese papel. Tan pronto como tratas de mirar más detenidamente los nucleones, la imagen cambia y puedes resolver los quarks y los gluones en el interior. Si, por el contrario, se aleja, simplemente ve el núcleo como una esfera en sí misma. Pero en el nivel de zoom en el que puede resolver los nucleones, sus interacciones pueden ser descritas por partículas similares a piones.

Answer 4

Me doy cuenta de que virtualmente TODOS los físicos modernos compran totalmente la existencia de la Fuerza Nuclear Fuerte, y luego los Fuertes “producen” enormes cantidades de mesones pi, y luego esos mesones pi convencerían mágicamente a los protones y neutrones quiero mantener una distancia constante separada dentro de cada núcleo.

Soy un físico teórico “pasado de moda”, y tiendo a que me gusten las explicaciones (e incluso las especulaciones) donde parece existir cierta cantidad de “realidad”. Durante 50 años, he estado preocupado por casi todos los supuestos procesos mencionados anteriormente. Por ejemplo, ¿DE DÓNDE proviene la energía de 139 MeV para crear cada uno de esos Pi-Mesones? Nadie explica eso, donde personalmente AMO la Conservación de la Energía. ¿Y dónde desaparece esa energía, la fracción de segundo más pequeña después? E incluso la “atracción-repulsión” del Fuerte, nadie se molesta en tratar de explicar. O el asombroso rango de efectos del Fuerte. Las personas parecen agregar interminablemente sus opiniones personales como especulaciones que son aceptadas por todos. Hace cincuenta años, se esperaba que un físico apoyara sólidamente cualquier hipótesis sobre una buena base lógica. Ahora, parece que cualquiera puede hacer cualquier especulación y luego simplemente decir “la física tradicional no se aplica” cuando no pueden dar una respuesta lógica.

En una perspectiva completamente diferente a la que usted conoce, hice muchos años de análisis extremadamente estricto de los datos del NIST en los últimos doce años, y creo que he encontrado algunas conclusiones inesperadas (pero extremadamente lógicas). La física nuclear puede ser bastante simple