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两个还没有认真区分的概念:色禁闭和色涨落

已有 1309 次阅读 2024-7-30 22:11 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    最近的一些思考,导致了原子核中的色禁闭的概念。这个概念是以前没有的。以前的色禁闭,指的是夸克禁闭,也就是夸克构成的粒子,是无色的,也可以说是白色的。在原子核中,这些核子以及作为核力的介子,经常看做是类点的粒子,所以自然就是白色的点。虽然在高能区,最近开始意识到看成点是不够的,但是这样的想法还没有被推广到低能区。(有人也在怀疑)

    球形核疑难等实验发现以及SU3-IBM的理论拟合,使得我们意识到,传统的观点肯定是有问题的。而SU(3)对称性的发现,指向了一个以前认为不可能的结论,就是原子核中的色禁闭。核子不但在高能的时候不能看成是类点粒子,在低能区也一样不能。

    也就是说,原子核中的核子以及介子都是有大小的粒子。这看起来是废话,因为我们很早就知道这些粒子是复合粒子,是有大小的。只是在原子核中,一直没看到这个大小究竟在哪里起作用。我在去年的时候,就猜想这个大小可能是需要的(体积效应)。但是那个时候,我不知道为什么要这样。

    当我们考虑大小的时候,立刻就会对色禁闭产生一个非常严格的定义。以前的夸克禁闭,或者色禁闭,是一个意思,就是夸克构成的复合粒子是白色的。但是当我们讨论这些粒子的大小的时候,色禁闭就会很不一样。色禁闭可以有一个非常严格的定义。因为有大小,这个复合粒子就会有表面。如果我们认为这个表面在任何地方都不可能有颜色,这样就会有一个严格的定义。也就是说,色禁闭指的是,复合粒子的表面处处都是白色的。

    我没有看到别的研究讨论过这个问题。(可能是我不知道)我知道有人讨论过强子的形状,但是我没有看到过讨论这个强子的表面的颜色分布的文章。(如果谁知道请告诉我)我相信,他们应该也是认为这个强子的表面的颜色处处都是白色的。(所以没有研究的价值)

    但是到了原子核中,这个表面的颜色分布就变得非常重要了。很显然,如果核子的表面如果就是处处都是白色的,那么根本就不会有什么核力了。当两个核子接近的时候,也就是有核力出现的时候,是颜色重新分布的结果。

    所以这个色禁闭的概念,是一个理想的概念。因为即使是实验都不能验证它。实验验证的时候,自由粒子的色禁闭也就消失了,颜色会重新分布。这个概念太诡异了。但是想到夸克禁闭,不会发现自由的夸克,也就没什么好奇了。

    这意味着,核子中三个夸克的颜色,在核子的表面处,会处处混合成白色。虽然我们不知道具体的机制是什么,但是这结果似乎是必然的。这意味着,每一种夸克的颜色,都会分布在表面,并且在每一处,三种颜色的分量都是一样的。

    难怪色禁闭如此难以理解,想一想这个结果,就觉得匪夷所思。如果考虑色荷发出的力线,就更难以想象了。考虑π介子这样简单的情况,由正负夸克构成,三种颜色等量存在。所以只考虑一种颜色就可以,因为三种颜色的分布可以是完全一样的。(量子叠加)

    和电荷的情况相似,(当然会有很多不同的地方,因为有八种光)力从正荷出来,结束于负荷。正负电荷的情况,我们都是熟悉的,但是那里只有一种光,而且没有电荷。色荷有八种光,光还有色荷,所以难以想象。在正负电荷的粒子中,围绕两种荷的连线,由于没有电荷禁闭,所以一定是转动不变的,而且力线可以是发散的。但是在色荷这里,就不一样了,这些力线封闭在了一个表面内。所以我们立刻看到一个奇特的结果,就是色荷正方面的力线也会绕过来连在一起。但是这种连法是任意的。所以这种转动的对称性消失了。(色力太强了,以至于所有的光都禁闭在表面内,而且还每一处都是白色的)

    实际的情况应该更复杂,我无法想象了。而且核子中的三种颜色,是如何变戏法的在表面处处缠绕成为白色,是一个难以想象的事情。这个过程,和三滴同样量的三种颜色的墨水进入水中,最后变成黑色,是不一样的。后者是完全无规的。但是前者不是,是一种特殊的方式,导致三种颜色混合在一起,也就是说这些颜色的分布实际上是可以确定的。

    有了这个色禁闭的概念,我们立刻就可以定义色涨落了。在以前的研究中,由于是类粒子的,所以这两个概念是无法区分的。色涨落就是对于色禁闭的偏离,也就是说不是处处都是白色的。其中偏离有大有小,关键也可以分为两类。一类是整个核子都出现了短暂的颜色。我不知道这是否可能。另一类是更重要的,就是整个核子的表面出现了色斑,但是面积一样多,所以整个核子是色中性的。

    很显然,后边这种色涨落是最重要的。前边的存不存在,需要理论的考虑,后者这个应该是肯定存在的。

    当核子或介子之间相互作用的时候,它们的表面出现了这种色斑,但是各自都是色中性的。这个概念的提出是非常重要的。以前的核力理论和核结构理论,和真实的情况有偏差,但是偏差在许多地方不大,这说明两者之间差别不是那么大。如果原子核中的核子,是会出现颜色的,这看起来非常不可思议。这似乎不太可能导致不到百分之一的结合能。

    这样的色涨落,会随着原子核的情况而不断变化。色斑的大小和位置,都不一样。这使得问题会变得非常麻烦。怎么研究,我还不清楚。但是如何从数学上来区分这些色斑,是重要的。这可能和核子介子的具体作用方式都有关。

    当前的核力理论是有效场理论,这是一个非常成功的理论。(当然在解释方面还有不足,否则也不会出现新的可能)从数学上区分色禁闭,和色涨落,是进一步研究的第一步。当然由于SU(3)对称性,这可能也不是那么难。

    提出色禁闭和色涨落这两个概念,是讨论原子核中的色禁闭的基础。这看起来很有趣。虽然我们不清楚色禁闭的具体机制,也不是完全确定这样的概念是否真的合理。但是如果能用数学来明确的区分这两种情况,那么这就是完全可行的。

   



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