Otras carreras La fuerza fuerte y los piones

[Pola]

Buenas tardes.

No quiero molestar a nadie pero visto desde la ignorancia, da toda la impresión de que la fuerza fuerte entre protones y neutrones, mediada por los piones, es una fuerza distinta de la fuerza fuerte existente entre los quarks, mediada por los gluones.

No entiendo por qué se considera que es la misma fuerza o el mismo campo, cuando se produce entre partícula distintas (protones/neutrones, quarks) y se ejerce mediante partículas que también son distintos (gluones, piones).

¿Por qué se considera que es la misma? ¿Qué tiene que pasar para que se considere como una fuerza diferente?

[Weip]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Hola Pola. La fuerza fuerte mediada por piones es un modelo que tiene una validez restringida a distancias grandes y bajas energías. El modelo funciona bien como primera aproximación a la fuerza fuerte pero no lo hace para distancias pequeñas y altas energías. Para describir la fuerza fuerte en este régimen se requiere la Cromodinámica Cuántica (QCD), donde la fuerza fuerte es mediada por gluones. Así que la diferencia entre las dos teorías es una materia más de aproximación que otra cosa. Desde el punto de vista fundamental QCD es "más válida" o "más satisfactoria", espero que se me entienda las expresiones, así que la fuerza fuerte mediada por gluones es la mejor teoría se tiene. La parte de los piones corresponde a un modelo aproximado.

[Alriga]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Redundando en lo que te explica Weip podemos hacer una analogía con la interacción gravitatoria: la teoría más potente que tenemos para ella es la Relatividad General de Einstein, que equivaldrá en nuestra analogía a la Cromodinámica Cuántica.

Pero en muchos casos podemos trabajar con suficiente precisión utilizando una aproximación más sencilla, la proporcionada por la Gravitación Universal de Newton, que equivaldrá en nuestra analogía a la teoría de Yukawa del intercambio de piones virtuales.

Saludos.

[Pola]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Gracias por vuestras respuestas.

Perdonarme que sea pesado, pero sigo con una duda: ¿el hecho de que la fuerza fuerte (entre protones y neutrones) esté mediada por una partícula distinta (pión) no supone que se trata de una fuerza diferente a la QCD? ¿O es que en realidad también está intermediada por gluones y el pión es sólo una partícula supuesta en una teoría aproximada?

[Alriga]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Si aplicamos cromodinámica cuántica para estudiar el núcleo, la fuerza fuerte se produce entre los quarks que forman los protones y los quarks que forman los neutrones, y está mediada por gluones.

La vieja teoría de Yukawa es una aproximación que trata a protones y neutrones como si fuesen elementales y calcula interacciones entre ellos mediadas por piones. La teoría de Yukawa no es actualmente un explicación básica de la interacción nuclear fuerte, ha quedado como artificio de cálculo suficientemente aproximado en algunos casos. Del mismo modo que

$F=G\dfrac{Mm}{r^2}$

es un buen método de cálculo en algunos casos, pero ya no es la explicación básica del fenómeno de la gravedad.

Saludos.

[Pola]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Entendido.

Gracias...y que no paséis mucho calor.

[carroza]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Si aplicamos cromodinámica cuántica para estudiar el núcleo, la fuerza fuerte se produce entre los quarks que forman los protones y los quarks que forman los neutrones, y está mediada por gluones.

La vieja teoría de Yukawa es una aproximación que trata a protones y neutrones como si fuesen elementales y calcula interacciones entre ellos mediadas por piones. La teoría de Yukawa no es actualmente un explicación básica de la interacción nuclear fuerte, ha quedado como artificio de cálculo suficientemente aproximado en algunos casos.

Hola, Alriga.

Sé lo que quieres decir, pero creo que hay un matiz importante que hacer:

Si uno quiere describir las propiedades de baja energía (algunos MeV) de los nucleos atómicos (radios, energias, niveles energéticos, decaimientos, etc), usará una descripción en mecánica cuántica utiliza protones, neutrones, y unas expresiones bastante sofisticadas de los potenciales de interaccion entre estos.

Si uno quiere describir las propiedades de energias intermedias (cientos de MeV) de los nucleos atómicos y partículas subnucleares (secciones eficaces, producción de particulas, etc), usará una descripción de teoría cuántica de campos, donde aparecen bariones (protón, neutrón y otros), mesones (piones, kaones y otros). A partir de aqui, uno podría relacionar las propiedades de las interacciones que describen las propiedades de baja energía a partir de las propiedades de bariones y mesones (el trabajo de Yukawa fue el pionero en esa lines), pero para describir los fenómenos de baja energía de los nucleos atómicos no resulta práctico usar bariones y mesones.

Si uno quiere describir las propiedades de alta energía (decenas de GeV) de bariones y mesones (jets, colisiones), usará quarks y gluones dentro de la QCD. A partir de ahi, un problema aún abierto es explicar las propiedades básicas de los bariones y mesones (masas y constantes de acoplo), partiendo de la QCD. No resulta práctico, todavía, usar quarks y gluones en QCD para explorar todas las propiedades de bariones y mesones de energía intermedia. Con más razón, no se usa QCD para describir las propiedades de baja energía de los núcleos atómicos.


De acuerdo que la teoría de Yukawa (es decir, la teoría mesónica), no es la explicación básica de la interacción fuerte, pero relegarla a un "artificio de cálculo suficientemente aproximado en algunos casos" no es, a mi juicio, la descripción correcta.

Protones y neutrones, y a otro nivel los piones, sin ser elementales, son los bloques básicos que nos permiten describir con precisión los fenomenos de la interacción fuerte en física nuclear.
Del mismo modo que los átomos son los bloques básicos que nos permiten describir la química. O las células, la biología.

Imagina que a un biólogo le decimos que "las células son un artificio de cálculo suficientemente aproximado en algunos casos", y que debiera usar QCD y QED para describir las propiedades de los seres vivos.

Un saludo

[pod]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Hola, Alriga.

Sé lo que quieres decir, pero creo que hay un matiz importante que hacer:

Si uno quiere describir las propiedades de baja energía (algunos MeV) de los nucleos atómicos (radios, energias, niveles energéticos, decaimientos, etc), usará una descripción en mecánica cuántica utiliza protones, neutrones, y unas expresiones bastante sofisticadas de los potenciales de interaccion entre estos.

Si uno quiere describir las propiedades de energias intermedias (cientos de MeV) de los nucleos atómicos y partículas subnucleares (secciones eficaces, producción de particulas, etc), usará una descripción de teoría cuántica de campos, donde aparecen bariones (protón, neutrón y otros), mesones (piones, kaones y otros). A partir de aqui, uno podría relacionar las propiedades de las interacciones que describen las propiedades de baja energía a partir de las propiedades de bariones y mesones (el trabajo de Yukawa fue el pionero en esa lines), pero para describir los fenómenos de baja energía de los nucleos atómicos no resulta práctico usar bariones y mesones.

Si uno quiere describir las propiedades de alta energía (decenas de GeV) de bariones y mesones (jets, colisiones), usará quarks y gluones dentro de la QCD. A partir de ahi, un problema aún abierto es explicar las propiedades básicas de los bariones y mesones (masas y constantes de acoplo), partiendo de la QCD. No resulta práctico, todavía, usar quarks y gluones en QCD para explorar todas las propiedades de bariones y mesones de energía intermedia. Con más razón, no se usa QCD para describir las propiedades de baja energía de los núcleos atómicos.


De acuerdo que la teoría de Yukawa (es decir, la teoría mesónica), no es la explicación básica de la interacción fuerte, pero relegarla a un "artificio de cálculo suficientemente aproximado en algunos casos" no es, a mi juicio, la descripción correcta.

Protones y neutrones, y a otro nivel los piones, sin ser elementales, son los bloques básicos que nos permiten describir con precisión los fenomenos de la interacción fuerte en física nuclear.
Del mismo modo que los átomos son los bloques básicos que nos permiten describir la química. O las células, la biología.

Imagina que a un biólogo le decimos que "las células son un artificio de cálculo suficientemente aproximado en algunos casos", y que debiera usar QCD y QED para describir las propiedades de los seres vivos.

Un saludo

Una pregunta: ¿Yukawa, o algo similar, surge como renormalización de QCD? Es decir, ¿se puede considerar una teoría efectiva a determinada escala?

[carroza]

Re: La fuerza fuerte y los piones

Una pregunta: ¿Yukawa, o algo similar, surge como renormalización de QCD? Es decir, ¿se puede considerar una teoría efectiva a determinada escala?

La relacion de QCD (quarks y gluones) con la teoria mesónica (bariones y mesones) no es trivial. Un barión son tres quarks (al menos) que intercambian gluones, de forma que tienen color neutro. Un mesón es una pareja quark-antiquark (al menos), intercambiando mesones, que tienen color neutro.

Una imagen evocadora de la relación de ambas imágenes es el MIT bag model. Un barión es una "bolsa", en el interior de la cual hay quarks y gluones. Cuando estos chocan con la "bolsa", generan al otro lado, en el exterior, piones (que a su vez son parejas quark-antiquark). Asi que uno, dentro de la bolsa, tiene QCD en toda su gloria, pero fuera de la bolsa, solo ve bariones y mesones.

Así que uno debe elegir entre una imagen con quarks y gluones, que es la QCD, con interacciones de largo alcance (porque los gluones no tienen masa), o bien una imagen en la que quarks y gluones se acoplan a estructuras "incoloras" como bariones y mesones, y estos bariones y mesones interaccionan con interacciones de corto alcance (porque los mesones si tienen masa).

Un saludo

[Alriga]

Re: La fuerza fuerte y los piones

… De acuerdo que la teoría de Yukawa (es decir, la teoría mesónica), no es la explicación básica de la interacción fuerte, pero relegarla a un "artificio de cálculo suficientemente aproximado en algunos casos" no es, a mi juicio, la descripción correcta ...

Hombre claro, era una licencia retórica del mismo calibre que cuando he ninguneado la Gravitación Newtoniana diciendo de ella que “es un buen método de cálculo”. El objetivo de ambas exageraciones extremas era extirpar la idea de Pola de que podía haber 2 fuerzas nucleares fuertes fundamentales: aunque haya 2 aproximaciones teóricas a la gravedad, la newtoniana y la de la relatividad general, no hay 2 interacciones gravitatorias fundamentales.
Me quedo con que

Hola, Alriga … Sé lo que quieres decir, …

... Una imagen evocadora de la relación de ambas imágenes es el MIT bag model ...

Había oído hablar del “bag model” del confinamiento de los quarks, pero no del “MIT bag model”, gracias. He buscado información, por si hay alguien más por aquí con el mismo nivel de ignorancia en este tema que yo, puede resultarle interesante: The quark & bag models y también The MIT bag-model. (Glueball mass spectrum using the MIT bag-model)

Saludos.