若质子内夸克以电磁力替代强相互作用结合会产生何种结果?
假设质子仅靠电磁力结合会发生的物理现象
这个问题挺有意思的——咱们来拆解一下,如果质子里的夸克抛弃强相互作用,只靠电磁力凑在一起,那整个世界的物理规则都要乱套了:
质子会瞬间解体:先看电荷情况:质子里是两个+2/3e的上夸克,加一个-1/3e的下夸克。强相互作用本来是比电磁力强100倍的短程力,在质子那10^-15米的极小尺度里,把互相排斥的夸克牢牢摁住。但如果只剩电磁力,两个上夸克之间的库仑排斥力(电荷乘积是(2/3e)²),会是下夸克对单个上夸克吸引力(电荷乘积是(2/3e)(1/3e))的2倍。这种情况下,内部的排斥力完全压过吸引力,质子根本没法维持稳定结构,会瞬间把夸克拉散成自由粒子。
所有重子都没法稳定存在:不止质子,中子(两个-1/3e的下夸克+一个+2/3e的上夸克)也是一样,内部夸克的电磁相互作用合力还是排斥为主。也就是说,我们现在已知的所有由三个夸克组成的重子(质子、中子这类),都不可能稳定存在,原子核的基础就没了。
宇宙物质组成会彻底改写:没有稳定的质子,就不会有氢原子——宇宙里最简单的元素都没法形成。恒星核聚变、重元素合成这些过程更是无从谈起,宇宙里只会剩下自由夸克、电子、光子这些基本粒子,根本不会有星系、行星,更别说能演化出生命了。
夸克将不再被“禁闭”:咱们现在看不到自由夸克,是因为强相互作用的“夸克禁闭”效应——一旦夸克被分开,强相互作用的强度会急剧增大,根本没法单独拉出一个夸克。但如果去掉强相互作用,只剩电磁力的话,夸克就能以自由粒子的形式存在,不会被死死困在重子内部。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者user9182474
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