¿Por qué los protones (y neutrones, etc.) actúan como una sola partícula a pesar de que están compuestos de partículas fundamentales más pequeñas?

La respuesta de Malina Kirn es muy buena, pero creo que su segundo párrafo necesita una pequeña aclaración (si puedo, Malina …).

Malina tiene razón al establecer una distinción entre el fotón, que no tiene carga eléctrica, y el gluón, que sí tiene carga de color. (De hecho, los gluones son bestias bastante complejas, y en realidad llevan una combinación de dos cargas de color: una carga de color y una carga anti- color, para ser exactos). La razón por la que esto hace que las dos fuerzas, el electromagnetismo y la fuerza de color, se comporten de manera tan diferente es que, al no tener carga eléctrica, los fotones no pueden sentir la carga (cero) de los demás, pero los gluones, que llevan una carga de color, pueden sentir la carga de color del otro. Y esto significa que los gluones no solo interactúan con los quarks, sino también entre ellos: y lo hacen intercambiando más gluones entre ellos.

En términos pictóricos e intuitivos (los detalles precisos son bastante complicados), la interacción fuerte se ve así:

Piense en los gluones como pequeñas bandas elásticas, o resortes helicoidales (de hecho, están representados en los diagramas de Feynman como pequeños resortes helicoidales). Los Quarks interactúan entre sí a través de la fuerza del color mediante el intercambio de gluones. Los llamaremos los gluones primarios . Estos gluones primarios también pueden interactuar entre sí mediante el intercambio de gluones secundarios . Y estos gluones secundarios pueden interactuar entre sí mediante el intercambio de gluones terciarios , y así sucesivamente. Y cuanto mayor sea la distancia entre los quarks que interactúan, más “espacio” hay para acomodar todos estos gluones adicionales, y más tiempo hay para que se produzcan. Y cuanto más secundarios, terciarios, etc., hay gluones en el espacio entre los quarks, más fuertemente sienten los quarks la fuerza del color y, como resultado, están más fuertemente unidos entre sí. Entonces, cuanto más separados están los quarks, más fuerte se vuelve la fuerza de color atractiva entre ellos, porque hay cada vez más gluones entre ellos tratando de mantenerlos unidos (piense en esto como agregar más resortes o bandas elásticas entre los quarks). Esta es la verdadera naturaleza del confinamiento de quark , y es por eso que nunca verá un quark aislado con una carga de color desnudo . (Los Quarks solo pueden existir en combinaciones incoloras con otros quarks, lo que significa que cuando suma sus colores, de la misma manera que los colores primarios (aditivos), rojo, verde y azul, se cancelan, de modo que el quark combinado el estado es ‘blanco’. Es esta analogía con los tres colores primarios lo que originalmente sugirió el nombre de la fuerza del color , de hecho).

Por lo tanto, el confinamiento del quark es la verdadera razón por la cual los nucleones (protones y neutrones) parecen ser partículas elementales puntuales cuando sondas en colisiones de partículas. Cuanto más enérgicas son las colisiones, más lejos están los quarks, y más fuerte se vuelve la fuerza de color entre ellos, volviéndolos a unir y ayudando a ocultar su existencia como las partículas constituyentes de los nucleones. Para revelar su existencia, debe sondear los nucleones por medios más sutiles, como el uso de neutrinos (que son partículas incoloras eléctricamente neutras y, por lo tanto, no se ven afectados por la carga eléctrica de los quarks ni la carga de color en los quarks o gluones), o buscando evidencia indirecta de quarks examinando las partículas hijas (mesones y bariones) que se producen durante colisiones extremadamente energéticas, es decir, los llamados eventos de “chorro” de quark .

http://www.superstringtheory.com …

http://en.wikipedia.org/wiki/Gluon

http://en.wikipedia.org/wiki/Col …

http://en.wikipedia.org/wiki/Jet …

Los protones y los neutrones están compuestos de quarks. Los Quarks poseen una carga cuántica que llamamos ‘color’, análoga a la carga eléctrica del electrón (tenga en cuenta que la carga de color no está relacionada con el color de la luz). La fuerte fuerza nuclear regula las interacciones coloreadas, denominada cromodinámica cuántica, al igual que la fuerza electromagnética regula las interacciones cargadas, denominada electrodinámica cuántica.

El portador de la fuerza de la fuerza electromagnética es el fotón y el fotón no posee carga eléctrica. Como el fotón no posee carga eléctrica, a medida que te alejas más y más de una partícula que está cargada (como un electrón), la fuerza electromagnética ejercida por la partícula cargada disminuye. Sin embargo, el portador de la fuerza de la fuerza nuclear fuerte es el gluón y el gluón posee carga de color. Como el gluón posee carga de color, la fuerza ejercida por una partícula coloreada (como un quark) no disminuye con la distancia.

Esto da como resultado un fenómeno denominado “confinamiento del color”. Debido a que la fuerza fuerte no disminuye con la distancia, eventualmente se vuelve energéticamente favorable para que las partículas coloreadas se unan y produzcan una partícula neutra compuesta de color. Los protones y los neutrones estables son de color neutro, es decir, las partículas coloreadas lejos de un protón o neutrón no experimentarán la fuerza fuerte.

Si bien es un error menor pensar que los protones y los neutrones son partículas individuales, es una aproximación razonable: los quarks dentro de los protones y los neutrones están unidos tan estrechamente que experimentan casi el mismo entorno, interactuando más como una unidad que como un individuo partículas Esta afirmación es mayormente cierta en las energías ‘normales’, pero a medida que las interacciones con los protones y los neutrones aumentan en energía, su composición finalmente se revela. Incluso pueden separarse, lo que hacen tanto el Tevatron como el LHC colisionando protones (o un protón y un antiprotón) que se han acelerado a energías muy altas.

Es de notar que el núcleo se mantiene unido por la fuerza fuerte. Aunque los protones y los neutrones son de color neutro, cuando se acercan, sus quarks internos se unen entre sí a través de la fuerza fuerte, superando la repulsión electromagnética que sienten los protones ya que tienen la misma carga eléctrica. Finalmente, a medida que los núcleos se hacen demasiado grandes, los nuevos protones y neutrones ya no interactúan lo suficiente a través de la fuerza nuclear fuerte para superar la repulsión electromagnética. Esta es la razón por la cual hay núcleos estables ‘naturales’ y algunos núcleos pesados ​​’no naturales’ que no duran mucho tiempo y solo pueden fabricarse de manera confiable en laboratorios (o lugares como el sol).

a que escala de energia? Depende de qué distancia estés mirando … Creo que si hago otra pregunta, será igual a responder tu pregunta, así que aquí voy:

¿Cómo se ve Marte cuando miras a simple vista? Una esfera ? o un punto?

Todo depende de la escala de energía de la sonda que está utilizando. Si está golpeando protones con partículas de escala GeV, comenzará a revelar su estructura pero en MeV y más abajo … parecerá ser una partícula puntual.