Energía de enlace de la cromodinámica cuántica

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

La mayor parte de la masa de los hadrones es, en realidad, energía de enlace de la cromodinámica cuántica (QCD) , debido a 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 la QCD constituye aproximadamente el 99 % de su masa.

La energía cinética de los constituyentes 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 emerge de una manera compleja a partir de los términos de tipo potencial en el lagrangiano QCD .

Para los protones, la suma de las masas en reposo de los tres quarks de valencia (dos quarks arriba y un quark abajo ) es aproximadamente9,4 MeV/ c² , mientras que la masa total ^del  protón es aproximadamente938,3  MeV/ c² ^. En el modelo estándar, esta "masa de corriente de quarks" puede atribuirse nominalmente a la interacción 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/ c² , mientras que la masa total ^del neutrón es aproximadamente939,6  MeV/ c² ^. Teniendo en cuenta que casi toda la masa del átomo se concentra 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 , poseen energía: energía de enlace cromodinámica. De esta manera, son similares a los fotones , que también son partículas sin masa que transportan energía: energía fotónica . La cantidad de energía por gluón individual, o "energía del gluón", no se puede medir directamente, aunque se puede inferir una distribución a partir de experimentos de dispersión inelástica profunda (DIS) (véase la referencia [4] para una introducción antigua pero aún válida). A diferencia de la energía fotónica, que es cuantificable, descrita por 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 compuesto en su totalidad ^{[ 2 ]} de gluones, quarks de valencia, quarks del mar y otras partículas virtuales .

El contenido de gluones de un hadrón puede inferirse a partir de mediciones de 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 puede estimarse mediante una combinación de los factores mencionados. En el futuro, los estudios sobre el plasma de quarks y gluones complementarán mejor los estudios de DIS y mejorarán nuestra comprensión de la situación.

• Gluón
• Cuarc
• quark actual y quark constituyente
• Hadrón
• Fuerza poderosa
• Cromodinámica cuántica
• Ruptura de la simetría quiral
• energía del fotón
• Masa invariante y masa relativista
• Energía de unión

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