運動エネルギー（例：回転）と静止質量

質問

ある本で陽子の静止質量はクォークの静止質量とその運動エネルギーなどの総和といったことが書かれていました。（と理解しています）

そこで疑問なのが、陽子の静止質量は一定ですので内部のクォークの運動エネルギーが一定でないとおかしいと思いますが、この運動エネルギーが一定となるのはなぜなのでしょう。

また、質量が小さい物体（完全剛体の場合）を回転運動させるとその静止質量を任意にいくらでも増加させられると考えてよいのでしょうか。

回答No.1

ryn · ベストアンサー

> 陽子の静止質量は一定ですので内部のクォークの運動エネルギーが一定でないとおかしいと思いますが、
> この運動エネルギーが一定となるのはなぜなのでしょう。
量子的効果で飛び飛びの値しか取る事が出来ないので一定となります．
陽子は uud という3種のクォークによる基底状態の粒子です．
同じ uud で出来ている励起状態のものは質量が異なるので
陽子とは異なる粒子として扱われます．

原子核の周りの電子が励起される程度では
ほとんど質量は変わらないので同じ物の励起状態と考えますが，
原子核内のクォークにおける励起状態は
ずいぶん質量が変わってしまうので異なる粒子と考えます．

> 質量が小さい物体（完全剛体の場合）を回転運動させると
> その静止質量を任意にいくらでも増加させられると考えてよいのでしょうか。
量子力学を考慮すると角運動量も離散的になります．

お礼

回答ありがとうございます。
遅くなってすいません。

少し調べてみました。
クォークの構成が同じで質量の違うもの。
陽子とΔ＋：(uud）、中性子とΔ０：（udd）、Σ０とΛ０：(uds）・・A
これらが基底と励起状態の関係にあるのですね。

原子の電子が励起された状態も上の基底と励起と同じなんですね。・・B
（ただ別粒子状態としないだけなんですね）
確かにAでもBでもいろいろな粒子を放出して基底状態になるという傾向があるようです（少し調べただけですが・・）

回転－－静止質量増加、離散的になると言うことですね。

補足

補足ではなくて追加の質問になるのですが・・。

陽子などではクォークの運動エネルギーの増加などで励起状態の粒子に変わることを教えていただきました。

この考え方はクォークの世代の違いに対しても適用できないのでしょうか。
陽子の場合はその中のクォークがエネルギーを増加させられるのに対して、クォークは内部構造がないとされているので同じ考え方が適用できないと考えるべきでしょうか。

自転運動（角運動量）を増加させられれば内部構造がなくても励起状態の考え方は適用できそうな気もしますが・・。

よろしければご意見いただけますか。
補足ではなく追加質問ですいません。

回答No.2

ryn

> 確かにAでもBでもいろいろな粒子を放出して
> 基底状態になるという傾向があるようです
高いところにあるものが落ちるのと同じく，
エネルギー的に低い基底状態のほうが安定なので崩壊が起こります．

> この考え方はクォークの世代の違いに対しても適用できないのでしょうか。
世代についてはなぜ存在するかなど，まだ決着がついていないので，
そのようなモデルが出来ないと断言するほどの自信はありません．
もし上手くいったなら，
　"sekisei's excited quark theory"
として発表してください＾＾

あと，
> 陽子などではクォークの運動エネルギーの増加などで
> 励起状態の粒子に変わることを教えていただきました。
こちらもちょっとしたイメージとしてはＯＫですが，
陽子の中でクォークとグルーオンがどのようになって
あの質量とスピン 1/2 を生み出しているかなどは
まだまだわかっていないところも多いので注意が必要です．
強い相互作用は摂動論が使えないので
電弱相互作用に比べて理論の進展に遅れがあります．

お礼

＞世代についてはなぜ存在するかなど，まだ決着がついていないので，・・
いくつか仮説があるのですね。興味がわいてきたので調べて見ます。

＞もし上手くいったなら，
＞　"sekisei's excited quark theory"
＞として発表してください＾＾
夢の中で発表してみようと思います^^;;

＞陽子の中で・・・注意が必要です。
現在研究途中なんですね。
スピンのちゃんとした理解さえまだおぼつかない（粒子が自転しているイメージくらい）状態ですがこのあたりも少しずつ調べて見たいと思っています。

回答していただいてありがとうございました。
また質問したときもよろしくお願いします。