Ursprunglig fråga:
Kvarkarna som hålls ihop av gluoner påstås vara masslösa, hur kan de då komma sig att en proton väger 938 MeV medan men totala massan av kvarkarna den består av endast väger 12 MeV?
/Emil A, Rudbeck, Örebro

Svar:
Ja, det kan tyckas konstigt. Problemet är att protonen inte bara består av tre kvarkar. Den innehåller (se nedanstående figur från länk 1) även massor av gluoner. Gluonerna har färger, så de kan växelverka med varandra och bilda virtuella kvark-antikvark par. I figuren är de ensamma blå bollarna (markerade) de tre kvarkarna. Övriga bollar är kvark-antikvark par, och spiralerna är gluoner. I själva verket kommer huvuddelen av protonens massa från gluonerna och de virtuella kvark-antikvark paren.

Detta är liknande fenomentet i QED (se nedan) att vakuum har en energi som kommer från virtuella elektron-positron par, se fråga 11001 och Vacuum_energy .

Se även Proton#Quarks_and_the_mass_of_a_proton .

Kvantteorin för den elektromagnetiska växelverkan är QED och motsvarande teori för färgkraften (stark växelverkan) är QCD. Här är lite av vad Wikipedia säger om dessa:

QED
Kvantelektrodynamik (QED efter engelska Quantum electrodynamics) är en fysikalisk teori grundad på kvantfysik och elektrodynamik som kan sägas vara en tillämpning av kvantfältteori på elektromagnetiska fält.

Under 1940-talet hade Feynman, Schwinger och Tomonaga var för sig lyckats visa att elektromagnetismen kunde skrivas som en fullgod kvantteori. Problemet var att enligt den relativistiska kvantmekaniken kan partiklar skapas om man har tillräckligt med energi. Detta betyder att då man sprider en elektron mot en annan elektron kan man skapa t.ex. ett extra elektron-positronpar. Har man inte tillräckligt med energi kan man ändå skapa dem virtuellt, eftersom Heisenbergs osäkerhetsprincip säger att så länge detta par lever tillräcklig kort tid kan det skapas. Detta betyder att man måste behandla teorin som en mångpartikelteori, en kvantfältteori, där man kan skapa ett godtyckligt antal partiklar så länge detta inte strider mot osäkerhetsprincipen. (Kvantelektrodynamik )

QCD
Kvantkromodynamik eller QCD (från eng. quantum chromodynamics) är inom partikelfysiken den teoretiska beskrivningen av stark växelverkan. Den starka kraften binder samman kvarkar till protoner, neutroner och andra hadroner och den håller också samman atomkärnorna som dessa protoner och neutroner bygger upp. Kvantkromodynamiken är en kvantfältteori som på den fundamentala nivån beskriver hur kvarkar växelverkar genom att byta ut masslösa partiklar med spinn 1 som kallas gluoner. (Kvantkromodynamik )

Se även fråga 20647 .

Nyckelord: vakuum [9]; kvark [12]; gluoner [7]; QED [7];

1 http://cosmologyscience.com/cosblog/three-quarks-dont-add-up-to-one-proton-not-even-close/