Hay una diferencia muy básica entre la masa de un electrón y la de un protón. Lo primero que hay que tener en cuenta es que un electrón es una partícula elemental. Un protón, por otro lado, es una partícula compuesta que consta de unidades fundamentales de quarks y gluones.
La masa de un electrón proviene del acoplamiento de un electrón sin masa y el valor de expectativa de vacío distinto de cero del campo de Higgs. Este acoplamiento también se conoce como el acoplamiento Yukawa.
El campo de Higgs adquiere un valor de expectativa de vacío distinto de cero después de que la simetría de electroválvula se rompe espontáneamente a alrededor de 100 GeV. La masa de cada partícula fundamental, como un electrón o un quark, es proporcional a la fuerza de su acoplamiento Yukawa.
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Debajo de esta energía, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débiles son transportados por bosones de calibre muy diferentes. La fuerza débil ahora es de muy corto alcance. Es transportado por 3 bosones muy masivos – W +, W-, Z0 – portadores de calibre SU (2), cada uno con una masa de 70 GeV o más. El electromagnetismo, por otro lado, es transportado por un fotón de calibre U (1) sin masa y, por lo tanto, tiene un rango infinito.
Un quark adquiere una pequeña masa a través del acoplamiento Yukawa cuando se rompe la simetría de electroválvula, pero una partícula compuesta como un protón que está hecho de 3 quarks, adquiere la mayor parte de su masa de un fenómeno muy diferente que involucra una fuerza diferente.
La interacción entre 2 quarks está mediada por un bosón de calibre SU (3) sin masa llamado gluón. Esta fuerza se llama la fuerza nuclear fuerte. La fuerza de esta fuerza en realidad aumenta a medida que aumenta la distancia entre 2 quarks, por lo que es energéticamente favorable que 2 quarks se mantengan cerca el uno del otro.
Este fenómeno debido a la fuerza fuerte conduce a un confinamiento de quarks y gluones en un espacio muy pequeño con un radio del orden de 1 o 2 metros de femto. De ahí proviene la mayor parte de la masa de un protón. Más del 99.9% de la masa de un protón proviene del confinamiento. De hecho, uno podría asumir que los quarks no tienen masa sin hacer ningún cambio significativo en la masa de un protón.
La energía potencial de los gluones aporta aproximadamente el 96% de la masa del protón y el resto proviene de la energía cinética de los quarks que se mueven en el “mar” de los gluones.
