Jak poruszają się kwarki w protonach i mezonach?

Pytanie

Pyta Szymon

Czy pojedynczy kwark, np. w protonie, porusza się ruchem drgającym względem pozostałych kwarków, lub w przypadku mezonu względem antykwarku?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Kwarki w protonie, a także kwark i antykwark w mezonie pozostają w stanie związanym, i orbitują wokół siebie. W pierwszym przybliżeniu można to sobie wyobrażać jak ruch planet wokół Słońca lub jak ruch gwiazd w układach podwójnych bądź potrójnych. W nieco lepszym przybliżeniu – jak ruch elektronów wokół jądra w atomie. W przypadku atomu elektrony nie poruszają się po określonych trajektoriach, lecz ich kwantowomechaniczne funkcje falowe przyjmują kształty odpowiednie dla różnych orbitali. Moduł funkcji falowej jest stały w czasie, a jej część rzeczywista i urojona zmieniają się ruchem drgającym. W przypadku protonu i mezonów mamy do czynienia z relatywistycznymi stanami związanymi, których struktura jest bardziej skomplikowana niż w przypadku atomów. Oprócz tzw. kwarków walencyjnych (trzech kwarków w protonie lub kwarku i antykwarku w mezonie), musimy brać pod uwagę występowanie wiążących je gluonów, a także tworzących się i anihilujących par kwark-antrykwark (nazywanych „kwarkami morza”).