Z čeho jsou vyrobeny kvarky?

Nemohu odolat citátu této matky husy:

Z čeho jsou malí chlapci vyrobeni?

Z čeho jsou malí chlapci?

Žáby a hlemýždi,

A ocasy štěňat;

Z toho jsou malí chlapci z.

Z čeho jsou malá děvčata?

Z čeho jsou malá děvčata?

Cukr a koření,

A všechno to je hezké;

To je to, z čeho jsou malá děvčata.

Uvádíte:

Atomy jsou tedy tvořeny z protonů a neutronů, které jsou tvořeny z kvarků. a zeptejte se: Odkud ale tyto kvarky pocházejí? Co je dělá?

Jak víme, že atomy jsou tvořeny z protonů a neutronů? Máme hluboké nepružné rozptyly , které ukázaly, že atomy mají tvrdé jádro, takže nejsou rovnoměrně rozloženou hmotou. Pak máme periodickou tabulku prvků, která se dobře organizuje a počítá protony a neutrony.

Jak víme, že protony a neutrony jsou tvořeny z kvarků? Máme výsledky pečlivých experimentů, které nám znovu ukázaly, že hluboký nepružný rozptyl ukazuje tvrdé jádro uvnitř protonů a neutronů. Studium interakčních produktů uspořádalo částice a rezonance do toho, co se nyní nazývá standardní model , seskupení do rodiny , které mají korespondenci jedna ku jedné s hypotézou, že hadrony (protonové neutronové rezonance) jsou složeny z kvarků.

Ale nejen. Mají také gluony, které drží kvarky pohromadě díky silné interakci, a gluony byly vidět experimentálně , opět s rozptylovými experimenty.

Tady jsme teď. LHC rozptyluje protony na protony, tj. Kvarky na kvarky při mnohem vyšších energiích, než kdy dříve, a my čekáme na výsledky. Teoretická interpretace zvaná Standardní model, tak úspěšná při nižších energiích, předpokládá, že kvarky jsou elementární. Kvůli výměnám gluonů je těžké pochopit, jak se může tvrdé jádro objevit v rozptylu kvarkových kvarků, aby se cibule posunula o jednu úroveň níže, tj. Řekněte nám, že kvarky mají jádro.

Dokonce i v rozptylu neutrinového kvarku gluony budou interferovat, pokud je teorie SM správná při vysokých energiích. V tuto chvíli neexistují žádné experimentální náznaky, že by kvarky nebyly elementární.

Příroda nás však už dříve překvapila a mohla by to udělat znovu, jakmile budou v budoucnosti navrženy a provedeny experimenty s rozptylem kvarku leptonu s vysokou energií . Feynman, myslím, řekl: „vidět, jak jsou hodinky vyrobeny z jednoho, nevrhne jedny hodinky na jiné a nepočítá odletující rychlostní stupně. Jeden si vezme šroubovák“. Leptony s jejich slabými interakcemi jsou ekvivalentem šroubováku.

Kvarky pravděpodobně nejsou vyrobeny z něčeho zásadnějšího. Představa, že všechno musí být vyrobeno z něčeho jiného, není pravdivá. Světlo není vytvořeno z ničeho jiného, ani gravitace. To, že atomy měly vnitřní věci, bylo zřejmé, protože jsou elektricky neutrální, a přesto rozptylují světlo na určitých magických frekvencích. Neutrony a protony zradily svou neelementární strukturu kvůli svým magnetickým momentům a příliš silnému rozptylu na krátké vzdálenosti. Obvykle je zřejmé, kdy je částice složená.

Kvarky jsou naproti tomu spolu s elektrony, světlem, gravitací a gluony a W a Z bosony naprosto elementární v tom smyslu, že že jejich interakce jsou dobře popsány renormalizovatelnou teorií kvantového pole. Pokud nejsou elementární, je to pravděpodobně v měřítku, kde se jeví jako excitace teorie strun, kvantová černá díra.

Modely složených standardních modelových fermionů byly zajímavé, protože mohly vysvětlit fenomén generace, opakující se standardní modelové rodiny. Ale teorie strun dává mnohem přirozenější vysvětlení generací, pokud jde o geometrii zhutnění. Neexistuje skutečná motivace pro spodní konstrukci, i když lidé spekulují.

Komentáře

• @BT a Ron:

Standardní běžnou odpovědí je považovat je za základní. Další standardní, ale ne běžnou odpovědí, je, že obecně nazýváme „preony“ hypotetických složek kvarků a leptonů. Nejvíce zavedenou – pravděpodobně – preonovou teorií je Harari-Shupe, někdy označovaná jako „ rishonova teorie „, ale existují i jiné.

Bez preons by teorie strun mohla být také odpovědí, ale ne v souladu s vaší otázkou; kvarky a leptony by byly ekvivalentní některým stavům řetězců, takže by nebyly „vyrobeny z“, ale „byly stejné jako“. Podobně v teorii Kaluza Klein: Očekává se, že kvarky a leptony budou zvláštními stavy kompaktní teorie. Samozřejmě, toto je opět mainstream. Teoretici také navrhli modely, kde státy jsou Rishons.

Na střední cestě můžete mít teorie, které navrhují vyrábět kvarky a leptony z geometrie. Tyto teorie se obvykle hodně starají o gravitaci.

Nakonec máte nestandardní teorie. Já sám mám jednoho z nich, sBootstrap, a není pochyb o tom, že vám někteří další lidé budou chtít odpovědět návrhem své oblíbené teorie.

Komentáře

• I když je hezké mít název pro hypotetické složky kvarků, jediný užitečný účel je zatím ve větě jako “ Experimentální limit existence preonů … “ . Mluvit o “ zavedené “ teorii bez náznaku důkazů je trochu optimistické.
• Downvoted: Jediné teorie, které jste zmínil a které mají skutečnou podporu mezi fyziky, jsou standardní model a teorie strun. Standardní režim považuje kvarky a leptony za částice elementárních bodů bez jakýchkoli složek. Teorie strun je považuje za vibrující struny, opět bez vnitřních složek. Všechno, co jste zmínil, jsou v podstatě pouze hypotetické spekulace a nikoli skutečná konstruktivní vážná teorie fyziky, která umí předpovídat.
• Možná si dokážete představit, že struny jsou vyrobeny z bitů strun, konstrukce populární u Charlese Thorna propagoval to. Stejně jako korálky v řetězci můžete navrhnout jejich interakce tak, aby jejich vázané stavy byly po dokončení ‚ fyzicky ekvivalentní řetězcům. Otázka každopádně není ‚ t přesně hluboká. ‚ Ne vždy platí, že věci jsou vytvořeny z něčeho zásadnějšího, a ‚ je jasné, že až se dostaneme k Planckovi ( základní) měřítko (nebo dříve), jakákoli další “ kompozice z nových věcí “ musí skončit, protože ‚ nemůžou být věci menší než Planckova stupnice.
• Přesto si dovolte ‚ poznamenat, že můžete vložit preon modely do teorie strun. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, ano, říkám “ není mainstream „. Myslím, že moje formulace byla dostatečně opatrná, ale slovo “ ustavené “ skutečně vyvolává takový zmatek, i když “ pravděpodobně “ a “ nikoli mainstream “ poznámka ve stejném paragrafu? Myslíte si, že odpověď není užitečná? Také nechápu, jak tyto teorie nejsou konstruktivní a nedělají předpovědi. Zaměňujete si je s těmi, které nazývám “ nestandardními „, obvykle ne v časopisech s recenzemi?

Nejprve mi dovolte zdůraznit, že nikdo neví, co může s jistotou očekávat, když zkoumáme menší a menší vzdálenosti (nebo při vyšších energiích) až dosud jako elementární považovaná za elementární pole: elektron ( $ e ^ – $ ), elektronové neutrino ( $ \ nu_e $ ), up-quark ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ) a down-quark ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), společně s jejich druhou a třetí generací, masivní $ W ^ {+/-} $ a $ Z ^ 0 $ (nosiče síly slabých síla), Higgsova (vysvětlující hmotnost) a hypotetická superheavy X- a Y-bosony , které (podle theory ) umožňují rozpad protonu a mají elektrický náboj $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Velmi pravděpodobný odhad je však obsažen v Harari Rishon teorie (která již byla zmíněna v předchozí odpovědi), která může zohlednit vše reakce mezi elementárními poli (kromě těch, která zahrnují Higgsovo pole). Pouze dvě elementární pole, T -rishon a V-rishon, teorie preonů nemůže být ekonomičtější (je nemožné zkonstruovat dosud známá elementární pole pouze z jednoho pole). To je jistě elegantnější než rozmanitost elementárních částic, která dnes převládá. Jmenuji „eleganci“, protože někteří fyzici to považují za argument ve prospěch nových myšlenek (mimochodem Nemám „t).

Další argumenty ve prospěch této teorie:

• Rozpad protonu je vysvětlen v snadno:

  $ uud (= p) → d \ bar {d} (= \ pi ^ 0) + e ^ {+} $
  $ u + u → \ bar {d} + e ^ + $
  $ TTV + TTV → TVV + TTT $

• Teorie uvádí, že množství hmoty se rovná množství anti-hmoty

• Podle Rishonovy teorie není slabá síla zásadní, stejně jako „stará“ silná síla, o které se kdysi myslelo, že ji přenáší pion (pro srovnání s $ W ^ {+/-} $ nebo $ Z ^ 0 $ ) se ukázalo jako zbytková síla a základní je známo, že silná síla je přenášena bezhmotnými gluony.

Higgsovo pole má v této teorii není místo, což se jeví jako zásadní návrat, protože mohly být objeveny. Říká se, že z tohoto důvodu nebudou mít všechna základní pole žádnou hmotu. Oba rishony jsou nehmotné, ale když vytvářejí vázané stavy (jediný stav, ve kterém mohou být), pak možná síla (ta, která je přenášena hyperbarevnými gluony) mezi nimi je tak velká, jak mohou (navzdory rychlosti světla, kterou cestují) zůstat spolu a tvořit masivní pole. Pokud ano, co dělat s Higgsovým polem? Možná v tom případě můžeme použít tuto ekonomickou teorii k vyvrácení existence tohoto zatraceného pole částic. Jak jsem napsal v komentáři níže:

Higgsův mechanismus je pro mě poněkud umělý konstrukt, a proto se přikláním k tomu, že důkazy protože Higgs je kontaminován. Takže lze použít Rishonovu teorii k vyvrácení existence Higgsova pole.

Komentáře

• Jaký je důkaz, že objevená částice byla ve skutečnosti Higgsův boson? Byla snad pozorována Higgsova interakce nebo byla přímo změřena hodnota očekávání vakua?
• Ve světle Rishonovy teorie ,

Z čeho se skládají kvarky?

Nevíme, z jakých kvarků se skládá, možná že jsme zde se dotkl dna, nebo že další struktura bude teprve odkryta.

Výsledky LHC při odhalování další struktury – kromě objevu Higgsova bosonu – dosud nebyly povzbudivé. Je možné, že naše současné technologické schopnosti prostě nejsou na úrovni.

Připomeňme, že klasická mechanika byla znovu oživena, když se Galileo díval dalekohledem na noční oblohu, a teorie záření černého tělesa pomocí tehdejší termodynamické teorie Boltzmanna poskytla výsledky v rozporu s experimentem a podnítila Planckovu zavedení atomové hypotézy do energie, tj. kvantové hypotézy.

Možná si budeme muset jednoduše počkat na další technologickou vynalézavost, než budeme moci správně reagovat na fyziku mimo SM, a to podle jejího vzhledu, mohlo by to chvíli počkat.

Jedním z hlavních současných uchazečů o vysvětlení kvarků je však teorie strun; teorie strun ve skutečnosti nejprve vznikla jako teorie silné síly jako druh trubice toku spojující kvarky ; je třeba zdůraznit, jako všichni hlavní praktici teorie, že tato teorie je velmi spekulativní, jak by se dalo očekávat, když jsme tak daleko od režimu, který je přímo přístupný experimentům.