¿De qué están hechos los quarks?

No puedo resistirme a esta cita de mamá ganso:

¿De qué están hechos los niños pequeños?

¿De qué están hechos los niños pequeños?

Ranas y caracoles,

Y colas de cachorro de perro;

De eso se hacen los niños pequeños

¿De qué están hechas las niñas?

¿De qué están hechas las niñas?

Azúcar y especias,

Y todo eso es agradable;

De eso están hechas las niñas.

Usted dice:

Entonces, los átomos se forman a partir de protones y neutrones, que se forman a partir de quarks. y pregunte: ¿Pero de dónde vienen estos quarks? ¿Qué los hace?

¿Cómo sabemos que los átomos se forman a partir de protones y neutrones? Tenemos dispersiones inelásticas profundas que muestran que los átomos tienen un núcleo duro, por lo que no son una materia distribuida uniformemente. Luego tenemos la tabla periódica de elementos que se organiza bien contando protones y neutrones.

¿Cómo sabemos que los protones y neutrones se forman a partir de quarks? Tenemos los resultados de experimentos minuciosos que nos mostraron una vez más que la dispersión inelástica profunda muestra un núcleo duro dentro de los protones y neutrones. El estudio de los productos de interacción organizó las partículas y resonancias en lo que ahora se denomina modelo estándar , una agrupación en familias que tienen una correspondencia uno a uno con la hipótesis de que los hadrones (resonancias de protones y neutrones) están compuestos de quarks.

Pero no solo. También tienen gluones que mantienen unidos a los quarks debido a la fuerte interacción, y los gluones se han visto experimentalmente , nuevamente con experimentos de dispersión.

Aquí es donde estamos ahora. El LHC está dispersando protones sobre protones, es decir, quarks sobre quarks a energías mucho más altas que nunca, y estamos esperando resultados. La interpretación teórica llamada Modelo Estándar, tan exitosa a energías más bajas, presupone que los quarks son elementales. Debido a los intercambios de gluones, es difícil ver cómo podría aparecer un núcleo duro en la dispersión de quarks de quarks para llevar la cebolla un nivel más bajo, es decir, decirnos que los quarks tienen un núcleo.

Incluso en la dispersión de quarks de neutrinos los gluones interferirán, si la teoría SM es correcta a altas energías. Por el momento, no hay indicios experimentales de que los quarks no sean elementales.

Aunque la naturaleza nos ha sorprendido antes, y podría volver a hacerlo, una vez que los experimentos de dispersión de quarks de leptones de alta energía se diseñen y lleven a cabo en el futuro . Creo que Feynman había dicho: «para ver de qué está hecho un reloj, uno no arroja un reloj sobre otro reloj y cuenta los engranajes que se salen volando. Se necesita un destornillador». Los leptones con sus interacciones débiles son el equivalente al destornillador.

Los quarks probablemente no estén hechos de nada más fundamental. La idea de que todo tiene que estar hecho de otra cosa no es cierta. La luz no está hecha de otra cosa, tampoco la gravedad. Era obvio que los átomos tenían cosas internas, porque son eléctricamente neutrales y, sin embargo, dispersan la luz a frecuencias mágicas definidas. Los neutrones y protones traicionaron su estructura no elemental debido a sus momentos magnéticos y una dispersión demasiado fuerte a distancias cortas. Suele ser obvio cuando una partícula es compuesta.

Los quarks, por otro lado, junto con los electrones, la luz, la gravedad y los gluones y los bosones W y Z, son perfectamente elementales, en el sentido de que sus interacciones están bien descritas por una teoría cuántica de campos renormalizable. Si no son elementales, probablemente sea a una escala en la que se revele como una excitación de la teoría de cuerdas, un agujero negro cuántico.

Los modelos de fermiones modelo estándar compuesto eran interesantes porque podían explicar el fenómeno de generaciones, las familias de modelos estándar que se repiten. Pero la teoría de cuerdas da una explicación mucho más natural de las generaciones, en términos de la geometría de la compactificación. No existe una motivación real para la subestructura, aunque la gente especula.

Comentarios

• @BT y Ron: ‘ he movido los comentarios a una sala de chat , así que si ustedes dos realmente quieren seguir en esta línea, hágalo allí, pero considere esto como un recordatorio de que la mala educación (como se ejemplifica en algunos de los comentarios movidos ) no es aceptable en este sitio.

La respuesta principal estándar es considerarlos como fundamentos. Otra respuesta estándar, pero no convencional, es que llamamos genéricamente «preons» a los componentes hipotéticos de quarks y leptons. La teoría de preon más establecida, posiblemente, es Harari-Shupe, a veces denominada « teoría de rishon «, pero hay otras.

Sin preámbulos, la teoría de cuerdas también podría ser una respuesta, pero no en la línea de su pregunta; los quarks y los leptones serían equivalentes a algunos estados de cadena, por lo que no «hecho de», sino «igual que». De manera similar, en la teoría de Kaluza Klein: se espera que los quarks y los leptones sean estados especiales de la teoría compactificada. Por supuesto, nuevamente, esta es la corriente principal. Los teóricos también han propuesto modelos donde los estados son Rishons.

En el medio, podrías tener las teorías que proponen producir quarks y leptones a partir de geometría. Estas teorías suelen preocuparse mucho por la gravedad.

Por último, tienes las teorías no estándar. Yo mismo tengo uno de ellos, el sBootstrap, y sin duda alguna otra gente intentará responderte proponiendo su teoría favorita.

Comentarios

• Si bien es bueno tener un nombre para los constituyentes hipotéticos de los quarks, el único propósito útil hasta ahora es una oración como » El límite experimental de la existencia de preones … » . Hablar de una teoría » establecida » en ausencia de un indicio de evidencia es un poco optimista.
• Votación en contra: Las únicas teorías que ha mencionado que tienen algún apoyo real entre los físicos son el modelo estándar y la teoría de cuerdas. El modo estándar considera quarks y leptones como partículas puntuales elementales sin constituyentes. La teoría de cuerdas las considera como cuerdas vibrantes, nuevamente sin componentes internos. Todo lo demás que mencionaste es esencialmente solo una especulación hipotética y no una verdadera teoría constructiva de la física seria que pueda hacer predicciones.
• Bueno, puedes imaginar que las cuerdas están hechas de trozos de cuerda, una construcción popular entre Charles Thorn, quien lo promovió. Como cuentas en una cadena, puede diseñar sus interacciones para que sus estados ligados sean físicamente equivalentes a las cadenas cuando ‘ haya terminado. En cualquier caso, la pregunta no es ‘ t exactamente profunda. ‘ no siempre es cierto que las cosas estén hechas de algo más fundamental y está ‘ claro que cuando lleguemos al Planck ( fundamental) (o antes), cualquier » composición adicional a partir de cosas nuevas » tiene que terminar porque puede ‘ t ser cosas más pequeñas que la escala de Planck.
• Aún así, ‘ s tenga en cuenta que puede incrustar modelos preon en la teoría de cuerdas. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, sí, digo » no convencional «. Creo que mi redacción ha sido lo suficientemente cuidadosa, pero ¿la palabra » establecida » realmente induce tal confusión, incluso con un » posiblemente » y un comentario » no convencional » en el mismo parragrafo? ¿Crees que la respuesta no es útil? Además, no entiendo cómo estas teorías no son constructivas y no hacen predicciones. ¿Los confunde con los que llamo » no estándar «, por lo general no en revistas especializadas?

Primero, permítanme enfatizar que nadie sabe qué esperar con seguridad cuando sondeamos en distancias más pequeñas (o en energías más altas) los hasta ahora como campos elementales considerados elementales: el electrón ( $ e ^ – $ ), el electrón neutrino ( $ \ nu_e $ ), el quark up ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ) y el quark descendente ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), junto con su segunda y tercera generación, la masiva $ W ^ {+/-} $ y el $ Z ^ 0 $ (los portadores de fuerza de los débiles fuerza), el Higgs (que explica la masa) y el hipotético bosones X e Y superpesados, que (según el teoría ) permiten que el protón decaiga y tiene una carga eléctrica de $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Sin embargo, una suposición muy plausible está contenida en Harari «s Teoría de Rishon (que ya se mencionó en una respuesta anterior), que puede explicar todas las reacciones entre campos elementales (excepto los que involucran el campo de Higgs). Con solo dos campos elementales, la T -rishon, y el V-rishon, una teoría de preon «no puede ser más económica (es imposible construir los campos elementales conocidos hasta ahora a partir de solo una campo). Esto es ciertamente más elegante que la variedad de partículas elementales que prevalece hoy en día. Llamo «elegancia» porque algunos físicos consideran esto como un argumento a favor de nuevas ideas (por cierto, No lo hago).

Otros argumentos a favor de esta teoría:

• La desintegración del protón se explica v ery fácilmente:

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

• La teoría establece que la cantidad de materia es igual a la cantidad de antimateria

• De acuerdo con la teoría de Rishon, la fuerza débil no es fundamental, al igual que la fuerza fuerte «vieja» que alguna vez se pensó que era transmitida por el pion (para comparar con el $ W ^ {+/-} $ o el $ Z ^ 0 $ ) resultó ser una fuerza residual, y el fundamental ahora se sabe que la fuerza fuerte es transmitida por gluones sin masa.

El campo (s) de Higgs ha no hay lugar en esta teoría, que parece un retroceso importante ya que pueden haber sido descubiertos. Se dice que debido a esto todos los campos elementales no tendrán masa. Ambos rishones no tienen masa, pero cuando forman estados ligados (el único estado en el que pueden estar), entonces tal vez la fuerza (la que transmiten los gluones de hipercolor) entre ellos es tan grande como pueden (a pesar de la velocidad de la luz que viajan). con) permanecen juntos y forman campos masivos. Si es así, ¿qué hacer con el campo de Higgs? Bueno, tal vez, en ese caso, podamos usar esta teoría económica para refutar la existencia de este maldito campo de partículas. Como escribí en el comentario a continuación:

Para mí, el mecanismo de Higgs es una construcción bastante artificial y, por lo tanto, me inclino a decir que la evidencia porque el Higgs está contaminado. Así que se puede usar la teoría de Rishon para refutar la existencia del campo de Higgs.

Comentarios

• ¿Cuál es la evidencia de que la partícula descubierta era en realidad el bosón de Higgs? ¿Se ha observado quizás la interacción de Higgs o se ha medido directamente el valor esperado del vacío?
• A la luz de la teoría de Rishon , ‘ me inclino a decir que no, y que la prueba del Higgs existe solo en las mentes de quienes se adhieren a la idea de que una partícula de Higgs Para mí, el mecanismo de Higgs es una construcción bastante artificial y, por lo tanto, ‘ me inclino a decir que la evidencia del Higgs está contaminada. Por lo tanto, uno puede usar la teoría de Rishon para refutar la existencia ce del Higgs.
• Así que no hay retroceso.
• En mi opinión, no hay retroceso (aunque lo escribí) porque ‘ m estoy convencido de que la teoría está en el camino correcto.
• La unificación electrodébil parece antinatural y problemática. La fuerza electromagnética se basa en U (1) muy claramente y no se necesita nada más.Si la teoría de la fuerza débil no puede sobrevivir por sí sola, quizás solo necesitemos una mejor teoría débil en lugar de la unificación. Y si abandonamos esta unificación, entonces quizás quede claro que no se necesita la unificación de nada en absoluto. Las fuerzas pueden existir perfectamente por sí mismas sin pretender ser parientes lejanos.

¿De qué están hechos los quarks?

No sabemos de qué están compuestos los quarks, tal vez lo hayamos tocado fondo aquí, o esa estructura adicional aún no se ha descubierto.

Hasta ahora, los resultados del LHC en el descubrimiento de estructuras adicionales, además del descubrimiento del bosón de Higgs, no han sido alentadores. Quizás sea que nuestra capacidad tecnológica actual simplemente no esté a la altura.

Recordemos que la mecánica clásica se revitalizó cuando Galileo miró a través de un telescopio el cielo nocturno, y la teoría de la radiación del cuerpo negro utilizando la entonces teoría termodinámica de Boltzmann dio resultados que discrepaban de los experimentos y motivó a Planck introducción de la hipótesis atómica en la energía, es decir, la hipótesis cuántica.

Tal vez simplemente tendremos que esperar a que haya más ingenio tecnológico antes de poder abordar adecuadamente la física más allá del SM, y esto, por lo que parece, Podría ser un poco de espera.

Sin embargo, uno de los principales contendientes actuales para explicar los quarks es la teoría de cuerdas; de hecho, la teoría de cuerdas surgió por primera vez como una teoría de la fuerza fuerte como una especie de tubo de flujo que conectaba los quarks ; debe señalarse, como advierten todos los principales practicantes de la teoría, que esta teoría es altamente especulativa, como uno debería esperar cuando estamos tan lejos de un régimen que es directamente accesible para experimentar.