Primero, un comentario sobre los detalles de la pregunta: mientras que aproximadamente el 99% de la masa de protones y neutrones está en la forma de la energía de unión de fuerza fuerte, los quarks constituyentes todavía tienen masa; cada uno pesa varias veces más que un electrón. Entonces definitivamente no son sin masa.
Por otro lado, la fuerza fuerte es única porque su energía de unión es positiva y aumenta con la separación de los quarks (hasta que haya suficiente energía para crear nuevos pares quark-antiquark). Todas las demás interacciones fundamentales tienen energía de enlace negativa, cuya magnitud disminuye con la distancia.
Eso significaría, en principio, que podría ser posible crear combinaciones de partículas en las que la energía de unión negativa cancele las masas de partículas positivas, dejándonos con un compuesto sin masa. O peor aún, un compuesto con energía de masa global negativa.
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Ahora, eso sería una mala noticia, una noticia terrible, porque significaría que el vacío podría decaer creando pares de estas partículas de energía negativa y sus antipartículas. Puede haber ocurrido un vacío inestable en el universo primitivo extremo como parte del mecanismo de Higgs, pero en el universo actual significaría una destrucción de todo. No es una buena cosa.
Pero solo porque sea indeseable no significa que tal cosa no pueda existir. Las razones están en otra parte.
Juguemos un experimento mental. Permítanme bajar lentamente un positrón en el campo potencial de un electrón. Los dos se atraen, por lo que cuanto más cerca esté el positrón del electrón, mayor será la magnitud de la energía de unión (negativa). Entonces, si permití que el positrón se acercara lo suficiente, la energía de unión total puede exceder las masas en reposo del positrón y el electrón … ¡explosión, un compuesto de energía negativa!
No tan rápido … antes que nada, sea lo que sea lo que usé para suspender el positrón, es en sí mismo una interacción de unión de forma, con energía de unión asociada; Si es un resorte, su energía de unión es positiva y aumenta a medida que el resorte se estira. Entonces, la energía total del sistema en realidad sigue siendo positiva.
Pero déjame probar algo más. Permítanme poner el positrón en órbita circular alrededor de ese electrón. El positrón tiene energía cinética, que es positiva. Pero la suma de sus energías cinética y potencial es, de hecho, negativa; entonces, si está orbitando lo suficientemente cerca del electrón, esta energía mecánica negativa puede ser de mayor magnitud que las masas de descanso combinadas de las dos partículas. ¡Entonces, ahora tenemos un sistema con energía de masa total negativa! Y no hay fuerza externa, resorte, lo que sea; El sistema es autónomo.
De hecho, esto es posible en la física clásica (al menos siempre que ignore la gravedad / relatividad general), tratando el electrón y el positrón como partículas puntuales. Pero aquí es cuando entra en juego la física cuántica. Después de la cuantización, encontramos que no podemos simplemente poner el positrón en una órbita arbitraria; Sus órbitas discretas están bien definidas por la teoría cuántica. E incluso su órbita más estrecha tiene una energía potencial que es demasiado pequeña en magnitud en comparación con las masas de partículas. Y si intenta acercarlo más, el electrón y el positrón simplemente se aniquilan, produciendo fotones, mucho antes de que la energía general del sistema se vuelva negativa.
Dicho esto, no puedo pensar en una razón en principio por la cual no podríamos construir una teoría en la que sea posible crear compuestos de energía negativa. Pero como dije anteriormente, tal teoría sería inherentemente inestable. Y, en cualquier caso, no es así como funcionan los campos / partículas reales que constituyen nuestro universo real (es decir, los campos y partículas del Modelo Estándar de física de partículas). Las masas de partículas son lo suficientemente grandes y las interacciones son lo suficientemente débiles como para que los sistemas unidos siempre tengan una energía de masa total positiva incluso en su estado fundamental de energía más bajo.
