Kan kvarkars obenägenhet att verka ensamma bero på någon form av magnetism?
Skulle kvarkars obenägenhet att verka ensamma kunna bero på någon form av magnetism?
Frågan ställdes 2023-04-25 av Leif, 78 år.
Det stämmer att kvarkar inte kan observeras som fria partiklar. Detta beror på kvarkarnas inre egenskaper och den starka kraften som är den kraft som binder samman kvarkar i större objekt, hadroner. Det finns två huvudsakliga typer av hadroner, baryoner: bestående av tre kvarkar och mesoner, kvark-antikvarkpar. Den vanligaste förekommande baryonen är protonen (upp-upp-ner) och neutronen (upp-ner-ner). Den starka kraften förmedlas av partiklar som kallas för gluoner och även om de är masslösa så har de energi som bidrar till t.ex. protonens massa. Det visar sig att det bidrag som de individuella kvarkarnas massor har till protonens massa är därför bara några få procent.
Alla partiklar har olika egenskaper, såsom massa, och elektrisk laddning. Dessa egenskaper är konceptuellt något lättare att förstå eftersom de har en motsvarighet i vår vardag. Partiklarna har även egenskaper som inte har en direkt motsvarighet, och en av dessa är ”färg”. Kvarkar har färg men komposita objekt såsom protoner måste vara färglösa. Färg ska i det här fallet förstås som en analogi för hur denna egenskap hos kvarkarna tar sig uttryck. Hadroner blir ”färglösa” eller ”vit” om man lägger ihop en ”blå”, en ”röd” och en ”grön” kvark. Alternativt kan man lägga ihop en ”röd” och en ”antiröd” kvark till en meson som också blir färglös. Protoner och andra slags hadroner kan bara vara vita och även gluonerna måste också inneha färgegenskaper. Styrkan hos den starka kraften, förmedlat av gluonerna, kan förstås som ett gummiband. Ju mer vi drar i gummibandet desto mer energi åtgår. Om vi nu skulle försöka dra isär en kvark från en anti-kvark skulle det åtgå mer och mer energi att sträcka ut kvarkarna från varandra. Till slut skulle energin vara såpass hög så att det istället blir mer ekonomiskt att låta kvarken och anti-kvarken separera och forma hadroner var för sig. Detta beteende har man också observerat i olika fysikexperiment.
Nu har jag endast gett en enkel beskrivning. Det existerar en film som är gjord av fysiker tillsammans med konstnärer vid MIT för att visualisera protonen:
https://www.youtube.com/watch?v=G-9I0buDi4s&t=521s
Frågan besvarades av Patrik Adlarson, forskare vid avdelningen kärnfysik, institutionen för fysik och astronomi.