Strona głównaPytania → Skąd się bierze masa protonu?

Skąd się bierze masa protonu?

Pytanie

Pyta Wojciech

Skoro suma mas kwarków w protonie jest równa 1% masy protonu, to czy reszta masy pochodzi z energii? Czy gdyby nie istniało pole Higgsa, to groziłoby to poważnymi konsekwencjami? Elektron poruszałby się z prędkością światła?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Tak, masy spoczynkowe kwarków w protonie odpowiadają tylko za około 1% jego masy, a reszta masy protonu pochodzi z energii. Jest to energia kinetyczna kwarków oraz wiążących je gluonów. Można też powiedzieć, że jest to energia pól kwarkowych i gluonowych tworzących proton.

Kwarki w protonie poruszają się z prędkościami bardzo bliskimi prędkości światła, a w takim przypadku energia kinetyczna może być znacznie większa od energii spoczynkowej, czyli masy spoczynkowej pomnożonej przez prędkość światła w kwadracie. Energie protonów rozpędzonych w akceleratorze LHC są kilka tysięcy razy większe od ich energii spoczynkowej.

Gdyby nie istniało pole Higgsa, to swobodny elektron poruszałby się z prędkością światła, i nie mógłby utworzyć stanu związanego z jądrem atomowym. Atomy nie istniałyby. Natomiast proton nadal istniałby, i miałby masę niewiele różną od obserwowanej, choć kwarki wewnątrz niego byłyby bezmasowe. Atomy są wiązane przez oddziaływania elektromagnetyczne (malejące do zera na dużych odległościach), a nukleony przez oddziaływania silne (mające inne zachowanie), i to jest przyczyną różnicy.

Na pytanie o masę protonu odpowiadaliśmy też tu.