Energía de enlace de la cromodinámica cuántica

La energía de enlace cromodinámica cuántica ( energía de enlace QCD ), energía de enlace de gluones o energía de enlace cromodinámica es la energía que une a los quarks para formar hadrones . Es la energía del campo de la fuerza fuerte , que está mediada por los gluones . La energía de movimiento y la energía de interacción contribuyen a la mayor parte de la masa del hadrón. ^[1]

La mayor parte de la masa de los hadrones es en realidad energía de enlace de QCD , a través de la equivalencia masa-energía . Este fenómeno está relacionado con la ruptura de la simetría quiral . En el caso de los nucleones ( protones y neutrones ), la energía de enlace de QCD constituye aproximadamente el 99 % de la masa del nucleón.

La energía cinética de los componentes del hadrón, que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz , contribuye en gran medida a la masa del hadrón; ^[1] de lo contrario, la mayor parte del resto es energía de enlace QCD real, que surge de manera compleja a partir de los términos similares al potencial en el Lagrangiano QCD .

Para los protones, la suma de las masas en reposo de los tres quarks de valencia (dos quarks up y un quark down ) es aproximadamente9,4  MeV/ c ² , mientras que la masa total del protón es de aproximadamente938,3 MeV/ c ² . En el modelo estándar, esta "masa de corriente de quarks" se puede atribuir nominalmente a la interacción del bosón de Higgs . Para los neutrones, la suma de las masas en reposo de los tres quarks de valencia (dos quarks down y un quark up) es aproximadamente11,9 MeV/ c ² , mientras que la masa total del neutrón es de aproximadamente939,6 MeV/ c ² . Considerando que casi toda la masa del átomo está concentrada en los nucleones, esto significa que aproximadamente el 99% de la masa de la materia cotidiana ( materia bariónica ) es, de hecho, energía de enlace cromodinámico.

Aunque los gluones no tienen masa , aún poseen energía: energía de enlace cromodinámico. De esta manera, son similares a los fotones , que también son partículas sin masa que transportan energía: energía fotónica . La cantidad de energía por cada gluón individual, o "energía de gluón", no se puede medir directamente, aunque se puede inferir una distribución a partir de experimentos de dispersión inelástica profunda (DIS) (ver ref [4] para una introducción antigua pero aún válida). A diferencia de la energía del fotón, que es cuantificable, se describe mediante la relación de Planck-Einstein y depende de una sola variable (la frecuencia del fotón), no existe una fórmula simple para la cantidad de energía transportada por cada gluón. Si bien se pueden observar los efectos de un solo fotón, no se han observado gluones individuales fuera de un hadrón. Un hadrón está en su totalidad ^[2] compuesto de gluones, quarks de valencia, quarks mar y otras partículas virtuales .

El contenido de gluones de un hadrón se puede inferir a partir de mediciones DIS. Nuevamente, no toda la energía de enlace de QCD es energía de interacción de gluones, sino que parte de ella proviene de la energía cinética de los constituyentes del hadrón. ^[3] Actualmente, la energía de enlace total de QCD por hadrón se puede estimar a través de una combinación de los factores mencionados. En el futuro, los estudios sobre plasma de quarks y gluones complementarán mejor los estudios DIS y mejorarán nuestra comprensión de la situación.

• Gluón
• Cuarc
• Quark actual y quark constituyente
• Hadrón
• Fuerza fuerte
• Cromodinámica cuántica
• Ruptura de la simetría quiral
• Energía fotónica
• Masa invariante y masa relativista
• Energía de unión

° Halzen, Francis y Martin, John, "Quarks y leptones: un curso introductorio a la física moderna de partículas", John Wiley & Sons (1984).