Quina diferència hi ha entre la massa d’un protó i la massa d’un electró?


Resposta 1:

Hi ha una diferència molt bàsica entre la massa d’un electró i la d’un protó. El primer que cal tenir en compte és que un electró és una partícula elemental. D'altra banda, un protó és una partícula composta per unitats fonamentals de quarks i gluons.

La massa d’un electró prové de l’acoblament d’un electró sense massa i el valor d’expectació al buit no nul del camp de Higgs. Aquest acoblament també es coneix com l'acoblament Yukawa.

El camp de Higgs adquireix un valor d’esperació de buit diferent de zero després que la simetria del electroweak es trenqui espontàniament al voltant de 100 GeV. La massa de cada partícula fonamental com un electró o un quark és proporcional a la força del seu acoblament Yukawa.

Per sota d’aquesta energia, l’electromagnetisme i les forces nuclears febles són portades per bosons de calibre molt diferents. La força dèbil és ara molt curta. Està portada per 3 bosons molt massius: W +, W-, Z0 - portadors de calibre SU (2), cadascun amb una massa de 70 GeV o més. D'altra banda, l'electromagnetisme és portat per un fotó d'un calibre U (1) sense masses i, per tant, té un abast infinit.

Un quark adquireix una massa petita mitjançant l'acoblament Yukawa quan es trenca la simetria electroweak, però una partícula composta com un protó que es compon de 3 quarks, adquireix la major part de la seva massa d'un fenomen molt diferent que implica una força diferent.

La interacció entre 2 quarks està mediada per un bosó de calibre SU (3) sense massa anomenat gluó. Aquesta força s’anomena força nuclear forta. La força d’aquesta força augmenta en realitat a mesura que augmenta la distància entre 2 quarks, el que fa que l’energia sigui favorable perquè 2 quarks es mantinguin a prop l’un de l’altre.

Aquest fenomen degut a una forta força condueix a un confinament de quarks i gluons en un espai molt reduït amb un radi de l’ordre d’un o dos metres femto. D’aquí prové la major part de la massa amb un protó. Més del 99,9% de la massa d'un protó prové de la confinament. Es podria suposar que els quarks no són massius sense fer cap canvi significatiu en la massa d'un protó.

L’energia potencial dels gluons aporta prop del 96% de la massa del protó i la resta prové de l’energia cinètica dels quarks que es mouen al “mar” de gluons.