Wie genau unterdrücken Quarks Gluonenschwankungen?
Sowohl in diesem Veritasium-Video als auch in dieser Antwort heißt es, dass Quarks Gluonenschwankungen unterdrücken und so eine sogenannte „Flussröhre“ erzeugen, die die Gluonen zusammenhält (wie sowohl im verknüpften Video als auch in der Antwort erläutert).
Ich habe mich genau gefragt, wie die Existenz eines Quarks (oder besser gesagt zwei, da sie nicht alleine existieren können) Gluonenschwankungen unterdrückt. Gibt es eine Erklärung dafür oder ist es einfach eine beobachtbare Tatsache? Ich würde annehmen, dass es unmöglich ist zu beobachten, wie die Unterdrückung der Gluonenschwankungen entsteht, da sie bereits vorhanden sein muss, damit der Quark existiert.
Also: Wie oder warum unterdrücken Quarks Gluonenschwankungen?
Da ich nur in der Highschool / dem deutschen Äquivalent bin, würde ich eine (teilweise) nicht-mathematische Antwort bevorzugen, aber wenn dies erforderlich ist, werde ich mein Bestes tun, um zu verstehen
Antworten
Zuerst ein Wort der Vorsicht: Die Informationen in solchen öffentlichen Wissenschaftsvideos sind oft wie ein Telefonspiel: Ein Forscher versuchte, einem Wissenschaftskommunikator seine Ergebnisse in Laienform zu erklären, und dann versuchte der Kommunikator, die Analogien weiter zu verbessern um das Video intuitiver oder ansprechender zu gestalten. Das Endprodukt hat oft eine schwache Verbindung zum ursprünglichen Ergebnis.
Im vorliegenden Fall basiert die Aussage im Video auf Visualisierungen numerischer Ergebnisse, die in numerischen Simulationen von QCD (Quantenchromodynamik) erhalten wurden. Es wird beobachtet, dass im QCD-Vakuum große Schwankungen der Gluonenfelder auftreten. Wenn ein sehr schweres Quark-Anti-Quark-Paar hinzugefügt wird, beobachtet man die Bildung eines kohärenten Gluonenfeldes, das den Quark und den Anti-Quark verbindet, eine "Flussröhre" oder eine "Farbkette". Forscher haben die Energie pro Längeneinheit dieser Saite (als "Saitenspannung" bezeichnet) sorgfältig gemessen. In Teilchenphysik-Einheiten beträgt sie ungefähr 1 GeV / fm (Giga-Elektronenvolt pro Femtometer). Beachten Sie, dass konstante Energie pro Länge konstante Kraft bedeutet, und wir sagen Laien oft, dass die Kraft etwa eine Tonne beträgt.
Es gibt kein analytisches Verständnis dieses Phänomens (tatsächlich ist ein eng verwandtes QCD-Problem, die Massenlücke, in den Clay Millenium-Problemen enthalten).
Es gibt einige verwandte oder analoge Systeme, in denen die Bildung von Flussröhren verstanden werden kann.
Der bekannteste ist ein Typ II-Supraleiter. Elektronenpaare (die elektrische Ladung tragen) kondensieren und das Photon erhält durch den Meissner-Higgs-Effekt eine "Masse" (streng genommen eine endliche Rasterlänge). Es wird dann energetisch bevorzugt, dass ein externes Magnetfeld in enge Flussröhren geleitet wird. Im Flussmittelrohr verschwindet das Kondensat und das Photon wird nicht abgeschirmt. Dies impliziert, dass, wenn magnetische Ladungen vorhanden wären (dies nicht der Fall ist), zwei in einen Supraleiter vom Typ II eingefügte magnetische Monopole durch eine Flussröhre verbunden wären.
Ein Modell dessen, was bei QCD passiert (was bei bestimmten Cousins von QCD, die in der Natur nicht realisiert sind, präzisiert werden kann), ist, dass das QCD-Vakuum ein Typ II-Supraleiter ist, bei dem die Rolle der elektrischen (Farbe) und magnetischen (Farbe) Ladung umgekehrt ist (manchmal als "dualer" Supraleiter bezeichnet). Zusammengesetzte farbmagnetische Monopole werden kondensiert und infolgedessen werden farbige elektrische Objekte (Quarks) durch Flussröhren verbunden.
Inwiefern unterdrücken Flussmittelröhren schließlich Vakuumschwankungen? Das Video ist hier etwas unklar, aber ich denke, sie bedeuten Folgendes: Gewöhnliche Vakuumschwankungen senken die Grundzustandsenergie des QCD-Vakuums (ein QCD-Casimir-Effekt oder eine QCD- "kosmologische Konstante"; technisch gesehen die QCD-Spurenanomalie ). Da eine Flussröhre im Verhältnis zum QCD-Grundzustand eine positive Energie aufweist, kann ich mir vorstellen, dass sie Vakuumschwankungen (negative Energie) beseitigt hat.
PS: Die Animationen im Video stammen von dieser Website , und technische Dokumente finden Sie hier .