El Misterio de la Masa del Quark

La combinación de quarks up y down para formar protones y neutrones sugiere que el up y el down tienen aproximadamente la misma masa: alrededor de 1/3 de la masa de un nucleón. Pero en el extraordinario caso del pión, la combinación de quarks up y anti-down, tiene una única energía de masa de ¡solo 140 MeV!. Incluso la misma combinación de quarks en un mesón ro tiene una energía de masa de ¡770 MeV!. El concepto de masa es mucho mas extraño que lo que la física clásica sugiere.

La diferencia entre un pión y una partícula ro es la alineación del espín de los quarks. El pión es un mesón pseudoescalar con momento angular cero. Los quarks tienen espín 1/2 y estos están "pareados" o anti-alineados. En el mesón ro, un mesón vectorial, el momento angular es j=1, lo que indica espines paralelos. Bajo la influencia de la fuerza de color fuerte, el estado con espines alineados tiene una energía más alta, que se muestra como una energía de masa más grande. La analogía con la energía más elevada de los espines alineados en un campo magnético (efecto Zeeman) es instructiva, pero esta diferencia en la energía asociada con la fuerza de color es enorme.

Comentarios de Georgi "Hay buenas razones para creer que la mayor parte de la masa del quark que "vemos" en la masa del protón o la partícula ro, es un efecto dinámico del confinamiento de los quarks. Los quarks u y d en la teoría de la cromodinámica cuántica subyacente, en realidad tienen masas mucho más pequeñas que 1/3 de la masa del protón".