La energía de unión de la cromodinámica cuántica ( energía de unión QCD ), la energía de unión de gluones o la energía de unión cromodinámica es la energía que une los quarks en hadrones . Es la energía del campo de fuerza fuerte , que está mediada por gluones . La energía de movimiento y la energía de interacción contribuyen con la mayor parte de la masa del hadrón. [1]
La mayor parte de la masa de los hadrones es en realidad energía de enlace QCD, a través de la equivalencia masa-energía . Este fenómeno está relacionado con la ruptura de la simetría quiral . En el caso de los nucleones ( protones y neutrones ), la energía de enlace QCD forma aproximadamente el 99% de la masa del nucleón.
La energía cinética de los constituyentes del hadrón, que se mueven cerca de la velocidad de la luz , contribuye en gran medida a la masa del hadrón; [1] de lo contrario, la mayor parte del resto es energía de unión de QCD real que surge de una manera compleja a partir de los términos similares a potenciales en el QCD. langrangiano.
Para los protones, la suma de las masas en reposo de los tres quarks de valencia (dos quarks arriba y un quark abajo ) es aproximadamente9,4 MeV/ c 2 , mientras que la masa total del protón es aproximadamente938,3 MeV / c2 . En el modelo estándar, esta "masa actual de quarks" puede atribuirse nominalmente a la interacción de Higgs. Para los neutrones, la suma de las masas en reposo de los tres quarks de valencia (dos quarks abajo y un quark arriba) es aproximadamente11,9 MeV/ c 2 , mientras que la masa total del neutrón es de aproximadamente939,6 MeV / c2 . Teniendo en cuenta que casi toda la masa del átomo se concentra en los nucleones, esto significa que alrededor del 99% de la masa de la materia cotidiana ( materia bariónica ) es, de hecho, energía de enlace cromodinámica.
Si bien los gluones no tienen masa , aún poseen energía: energía de enlace cromodinámica. En este sentido, son similares a los fotones , que también son partículas sin masa que transportan energía: la energía fotónica . La cantidad de energía por cada gluón, o "energía de gluón", medida directamente, aunque se puede inferir una distribución a partir de experimentos de dispersión inelástica profunda (DIS) (ver referencia [4] para una introducción antigua pero aún válida). A diferencia de la energía de los fotones, que es cuantificable, se describe mediante la relación de Planck-Einstein y depende de una única variable (la frecuencia del fotón ), no existe una fórmula sencilla para la cantidad de energía transportada por cada gluón. Si bien se pueden observar los efectos de un solo fotón, no se han observado gluones individuales fuera de un hadrón. Un hadrón está compuesto en su totalidad [2] por gluones, quarks de valencia, quarks marinos y otras partículas virtuales .
El contenido de gluones de un hadrón se puede inferir a partir de mediciones DIS. Nuevamente, no toda la energía de enlace de QCD es energía de interacción de gluones, sino que parte de ella proviene de la energía cinética de los constituyentes del hadrón. [3] Actualmente, la energía de enlace total de QCD por hadrón se puede establecer mediante una combinación de los factores mencionados. En el futuro, los estudios sobre el plasma de quarks y gluones complementarán mejor los estudios DIS y mejorarán nuestra comprensión de la situación.
° Halzen, Francis y Martin, John, "Quarks y leptones: un curso introductorio a la física de partículas moderna", John Wiley & Sons (1984).