Strona głównaPytania → Jak poruszają się kwarki?

Jak poruszają się kwarki?

Pytanie

Pyta Nanashi Mumei

Mam dwa pytania które nurtują mnie od dłuższego czasu. Jak poruszają się kwarki i co stanie się, kiedy zbliżymy je za bardzo do siebie? Oddziaływanie silne nie pozwala kwarkom się rozdzielić, bo gdy się oddalą to siła oddziaływania rośnie. A gdy je zbliżymy to owa siła maleje, czy sprawa tu bardziej się komplikuje?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Jeśli zbliżymy kwarki, to siła oddziaływania zaczyna zachowywać się tak, jak w przypadku pola elektromagnetycznego — odpychająco dla dwóch kwarków i przyciągająco dla układu kwark-antykwark. Weryfikujemy to eksperymentalnie analizując poziomy energetyczne stanów związanych układów kwark-antykwark dla ciężkich kwarków b. Dają się one z bardzo dobrym przybliżeniem wyznaczyć z rozwiązywania równania Schrödingera dla potencjału Coulomba — dokładnie tak samo jak dla stanu związanego proton-elektron tworzącego atom wodoru. Ciężkie kwarki mają funkcje falowe skoncentrowane w okolicy środka masy stanu związanego (w stanach o najniższych energiach), i dlatego odczuwają oddziaływania silne przede wszystkim w tych aspektach, które są podobne do oddziaływań elektromagnetycznych.

Powyższe wyjaśnienia mają charakter poglądowy. Nim zapytamy jak naprawdę poruszają się kwarki pomyślmy, jak porusza się elektron w atomie wodoru. W najbardziej naiwnym podejściu wyobrażamy sobie, że krąży dookoła jądra jak planeta wokół Słońca. W mniej naiwnym — rozwiązujemy równanie Schrödingera i otrzymujemy oscylującą, lecz statyczną co do modułu funkcję falową — „chmurę elektronową”. W jeszcze mniej naiwnym — traktujemy i proton i elektron jako wzbudzenia pól kwantowych. W przypadku ruchu kwarków w protonie (z prędkościami bliskimi prędkości światła i kwantowo) tylko to ostatnie podejście wydaje się być uprawnione.