Энергия связи квантовой хромодинамики ( энергия связи КХД ), энергия связи глюонов или энергия связи хромодинамической связи — это энергия связывания кварков вместе в адроны . Это энергия поля сильного взаимодействия , опосредованного глюонами . Энергия движения и энергия взаимодействия составляют большую часть массы адрона. [1]
Большая часть массы адронов на самом деле представляет собой энергию связи КХД через эквивалентность массы и энергии . Это явление связано с нарушением киральной симметрии . В случае нуклонов – протонов и нейтронов – энергия связи КХД составляет около 99% массы нуклона.
Кинетическая энергия составляющих адрона, движущихся со скоростью, близкой к скорости света , вносит большой вклад в массу адрона, [1] в противном случае большая часть остального является фактической энергией связи КХД, возникающей сложным образом из потенциально-подобных членов в КХД. лангранжиан.
Для протонов сумма масс покоя трёх валентных кварков (двух верхних и одного нижнего кварка ) примерно равна9,4 МэВ/ c 2 , а полная масса протона составляет около938,3 МэВ/ с 2 . В стандартной модели эту «токовую массу кварка» номинально можно отнести к взаимодействию Хиггса. Для нейтронов сумма масс покоя трех валентных кварков (двух нижних кварков и одного верхнего кварка) примерно равна11,9 МэВ/ с 2 , а полная масса нейтрона составляет около939,6 МэВ/ с 2 . Учитывая, что почти вся масса атома сосредоточена в нуклонах, это означает, что около 99% массы обычной материи ( барионной материи ) представляет собой, по сути, хромодинамическую энергию связи.
Хотя глюоны не имеют массы , они все же обладают энергией – хромодинамической энергией связи. В этом они похожи на фотоны , которые также являются безмассовыми частицами, несущими энергию – энергию фотонов . Количество энергии на один глюон, или «энергия глюона», измеряется напрямую, хотя распределение можно вывести из экспериментов по глубокому неупругому рассеянию (DIS) (старое, но все еще актуальное введение см. В ссылке [4]). В отличие от энергии фотонов, которая поддается количественной оценке, описывается соотношением Планка-Эйнштейна и зависит от одной переменной ( частоты фотона ), не существует простой формулы для количества энергии, переносимой каждым глюоном. Хотя эффекты одного фотона можно наблюдать, одиночные глюоны не наблюдались вне адрона. Адрон в совокупности [2] состоит из глюонов, валентных кварков, морских кварков и других виртуальных частиц .
О глюонном составе адрона можно судить по измерениям DIS. Опять же, не вся энергия связи КХД является энергией глюонного взаимодействия, а, скорее, некоторая ее часть возникает из кинетической энергии составляющих адрона. [3] В настоящее время полную энергию связи КХД на адроны можно определить с помощью комбинации упомянутых факторов. В будущем исследования кварк-глюонной плазмы лучше дополнят исследования DIS и улучшат наше понимание ситуации.
° Хальзен, Фрэнсис и Мартин, Джон, «Кварки и лептоны: вводный курс в современную физику элементарных частиц», John Wiley & Sons (1984).