Woraus bestehen Quarks?

Ich kann diesem Zitat der Muttergans nicht widerstehen:

Woraus bestehen kleine Jungen?

Woraus bestehen kleine Jungen?

Frösche und Schnecken,

und Hündchenschwänze;

Daraus bestehen kleine Jungen von.

Woraus bestehen kleine Mädchen?

Woraus bestehen kleine Mädchen?

Zucker und Gewürze,

Und alles das ist schön;

Daraus bestehen kleine Mädchen.

Sie geben an:

Atome werden also aus Protonen und Neutronen gebildet, die aus Quarks gebildet werden. und fragen: Aber woher kommen diese Quarks? Was macht sie aus?

Woher wissen wir, dass Atome aus Protonen und Neutronen gebildet werden? Wir haben tiefe unelastische Streuungen , die zeigten, dass die Atome einen harten Kern haben, so dass sie keine gleichmäßig verteilte Materie sind. Dann haben wir das Periodensystem der Elemente, das sich gut organisiert und Protonen und Neutronen zählt.

Woher wissen wir, dass Protonen und Neutronen aus Quarks gebildet werden? Wir haben die Ergebnisse sorgfältiger Experimente, die uns erneut gezeigt haben, dass tiefe unelastische Streuung einen harten Kern innerhalb der Protonen und Neutronen zeigt. Die Untersuchung der Interaktionsprodukte organisierte die Partikel und Resonanzen in das sogenannte Standardmodell , eine Gruppierung in Familien , die eins zu eins mit der Hypothese übereinstimmen, dass die Hadronen (Protonenneutronenresonanzen) aus Quarks bestehen.

Aber nicht nur. Sie haben auch Gluonen, die die Quarks aufgrund der starken Wechselwirkung zusammenhalten, und die Gluonen wurden experimentell gesehen, wiederum mit Streuexperimenten.

Hier sind wir jetzt. Der LHC streut Protonen auf Protonen, d. H. Quarks auf Quarks mit viel höheren Energien als jemals zuvor, und wir warten auf Ergebnisse. Die theoretische Interpretation, die als Standardmodell bezeichnet wird und bei niedrigeren Energien so erfolgreich ist, setzt voraus, dass die Quarks elementar sind. Aufgrund des Gluonaustauschs ist es schwer zu erkennen, wie ein harter Kern bei der Quark-Quark-Streuung auftreten könnte, um die Zwiebel eine Ebene tiefer zu bringen, dh sagen Sie uns, dass die Quarks einen Kern haben.

Selbst bei der Neutrino-Quark-Streuung Die Gluonen stören, wenn die SM-Theorie bei hohen Energien korrekt ist. Im Moment gibt es keinen experimentellen Hinweis darauf, dass die Quarks nicht elementar sind.

Die Natur hat uns jedoch schon früher überrascht und könnte es erneut tun, sobald hochenergetische Lepton-Quark-Streuexperimente entworfen und in Zukunft durchgeführt werden . Ich glaube, Feynman hatte gesagt: „Um zu sehen, woraus eine Uhr besteht, wirft man nicht eine Uhr auf eine andere und zählt die abfliegenden Zahnräder. Man nimmt einen Schraubenzieher.“ Leptonen mit ihren schwachen Wechselwirkungen entsprechen dem Schraubenzieher.

Quarks bestehen wahrscheinlich nicht aus etwas grundlegenderem. Die Idee, dass alles aus etwas anderem bestehen muss, ist nicht wahr. Licht besteht weder aus etwas anderem noch aus der Schwerkraft. Dass Atome interne Dinge hatten, war offensichtlich, weil sie elektrisch neutral sind und dennoch Licht mit bestimmten magischen Frequenzen streuen. Neutronen und Protonen verraten ihre nicht-elementare Struktur aufgrund ihrer magnetischen Momente und zu starken Streuung auf kurze Distanz. Es ist normalerweise offensichtlich, wenn ein Teilchen zusammengesetzt ist.

Andererseits sind die Quarks zusammen mit den Elektronen Licht, Schwerkraft und den Gluonen und W- und Z-Bosonen in diesem Sinne vollkommen elementar dass ihre Wechselwirkungen durch eine renormierbare Quantenfeldtheorie gut beschrieben werden. Wenn sie nicht elementar sind, liegt es wahrscheinlich an einer Skala, in der sich herausstellt, dass es sich um eine stringtheoretische Anregung handelt, ein Quantenschwarzes Loch.

Modelle von zusammengesetzten Standardmodellfermionen waren interessant, weil sie das Phänomen von erklären konnten Generationen, die sich wiederholenden Standardmodellfamilien. Die Stringtheorie liefert jedoch eine viel natürlichere Erklärung für Generationen in Bezug auf die Geometrie der Verdichtung. Es gibt keine wirkliche Motivation für eine Substruktur, obwohl die Leute spekulieren.

Kommentare

• @BT und Ron: Ich ‚ habe die Kommentare nach ein Chatraum Wenn Sie also wirklich in diesem Sinne weitermachen möchten, tun Sie dies dort, aber betrachten Sie dies als Erinnerung an diese Unhöflichkeit (wie durch einige der bewegten Kommentare veranschaulicht) ) ist auf dieser Site nicht akzeptabel.

Die Standard-Mainstream-Antwort besteht darin, sie als Grundlagen zu betrachten. Eine andere Standard-, aber keine Mainstream-Antwort ist, dass wir generisch „Preons“ für die hypothetischen Komponenten von Quarks und Leptonen nennen. Die am besten etablierte Preon-Theorie ist Harari-Shupe, manchmal auch als „ Rishon-Theorie “ bezeichnet, aber es gibt andere.

Ohne Preons könnte die Stringtheorie auch eine Antwort sein, aber nicht in der Zeile Ihrer Frage; Quarks und Leptonen würden einigen String-Zuständen entsprechen, also nicht „aus“, sondern „wie“. In ähnlicher Weise wird in der Kaluza-Klein-Theorie erwartet, dass die Quarks und Leptonen spezielle Zustände der kompaktierten Theorie sind. Dies ist natürlich wieder der Mainstream. Theoretiker haben auch Modelle vorgeschlagen, bei denen die Zustände Rishons sind.

Auf dem mittleren Weg könnten Sie die Theorien haben, die vorschlagen, Quarks und Leptonen aus Geometrie zu erzeugen. Diese Theorien sorgen sich normalerweise sehr um die Schwerkraft.

Zuletzt haben Sie die nicht standardmäßigen Theorien. Ich selbst habe einen von ihnen, den sBootstrap, und zweifellos werden einige andere Leute beabsichtigen, Ihnen zu antworten, indem sie ihre bevorzugte Theorie vorschlagen.

Kommentare

• Während es schön ist, einen Namen für die hypothetischen Bestandteile von Quarks zu haben, ist der einzige nützliche Zweck bisher in Sätzen wie “ Die experimentelle Grenze für die Existenz von Preons … “ . Es ist ein wenig optimistisch, von einer “ etablierten “ -Theorie zu sprechen, wenn kein Hinweis auf Beweise vorliegt.
• Downvoted: Die einzigen Theorien, die Sie erwähnt haben und die von Physikern wirklich unterstützt werden, sind das Standardmodell und die Stringtheorie. Der Standardmodus betrachtet Quarks und Leptonen als Elementarpunktteilchen ohne Bestandteile. Die Stringtheorie betrachtet sie als vibrierende Saiten, wiederum ohne interne Bestandteile. Alles andere, was Sie erwähnt haben, ist im Wesentlichen nur hypothetische Spekulation und keine echte konstruktive Theorie der ernsthaften Physik, die Vorhersagen treffen kann.
• Nun, Sie können sich vorstellen, dass Strings aus String-Bits bestehen, eine Konstruktion, die bei Charles Thorn beliebt ist förderte es. Wie Perlen in einer Kette können Sie ihre Interaktionen so gestalten, dass ihre gebundenen Zustände physikalisch den Zeichenfolgen entsprechen, wenn Sie ‚ fertig sind. Auf jeden Fall ist die Frage ‚ nicht genau tief. ‚ ist nicht immer wahr, dass Dinge aus etwas Grundlegenderem bestehen, und es ist ‚ klar, dass, wenn wir zum Planck kommen ( fundamentale) Skala (oder davor), jede weitere “ Zusammensetzung aus neuen Dingen “ muss enden, weil es ‚ sind keine Dinge, die kleiner als die Planck-Skala sind.
• Beachten Sie dennoch ‚, dass Sie i können > Preon-Modelle in die Stringtheorie einbetten. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, ja, ich sage “ nicht Mainstream „. Ich denke, meine Formulierung war sorgfältig genug, aber das Wort “ stabilisiert “ führt selbst bei einer “ wohl “ und eine “ nicht Mainstream “ Bemerkung im gleichen Absatz? Denken Sie, dass die Antwort nicht nützlich ist? Ich verstehe auch nicht, dass diese Theorien nicht konstruktiv sind und keine Vorhersagen treffen. Verwechseln Sie sie mit denen, die ich “ als nicht standardmäßige “ bezeichne, normalerweise nicht in referierten Zeitschriften?

Lassen Sie mich zunächst betonen, dass niemand sicher weiß, was zu erwarten ist, wenn wir bei kleineren und kleinere Entfernungen (oder bei höheren Energien) die bisher als elementar betrachteten Elementarfelder: das Elektron ( $ e ^ – $ ), das Elektronenneutrino ( $ \ nu_e $ ), der Up-Quark ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ) und der Down-Quark ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ) zusammen mit ihrer zweiten und dritten Generation, dem massiven $ W ^ {+/-} $ und der $ Z ^ 0 $ (die Kraftträger der Schwachen) Kraft), die Higgs (erklärende Masse) und die hypothetischen superschweren X- und Y-Bosonen , die (gemäß der Theorie ) ermöglicht es dem Proton zu zerfallen und hat eine elektrische Ladung von $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Eine sehr plausible Vermutung ist jedoch in Hararis Rishon -Theorie (die bereits in einer früheren Antwort erwähnt wurde), die all Reaktionen zwischen Elementarfeldern (mit Ausnahme derjenigen, die das Higgs-Feld betreffen). Mit nur zwei Elementarfeldern ist das T. -rishon und das V-rishon, eine Preon-Theorie kann „nicht wirtschaftlicher werden (es ist unmöglich, die bisher bekannten Elementarfelder aus nur one Feld). Dies ist sicherlich eleganter als die heutzutage vorherrschende Vielfalt von Elementarteilchen. Ich nenne „Eleganz“, weil einige Physiker dies als Argument für neue Ideen betrachten (übrigens, Ich weiß nicht.

Andere Argumente für diese Theorie:

• Der Zerfall des Protons wird erklärt v sehr einfach:

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

• Die Theorie besagt, dass die Menge an Materie gleich der Menge an Antimaterie ist

• Nach der Rishon-Theorie ist die schwache Kraft keine fundamentale, genau wie die „alte“ starke Kraft, von der einst angenommen wurde, dass sie vom Pion übertragen wird (zu vergleichen mit dem $ W ^ {+/-} $ oder der $ Z ^ 0 $ ) stellte sich als Restkraft heraus, und die fundamentale Es ist jetzt bekannt, dass starke Kräfte von masselosen Gluonen übertragen werden.

Die Higgs-Felder haben Kein Platz in dieser Theorie, was ein großer Rückschritt zu sein scheint, da sie möglicherweise entdeckt wurden. Es wird gesagt, dass aus diesem Grund alle Elementarfelder keine Masse haben werden. Beide Rishons sind masselos, aber wenn sie gebundene Zustände bilden (der einzige Zustand, in dem sie sich befinden können), ist die Kraft (die durch hyperfarbene Gluonen vermittelt wird) zwischen ihnen möglicherweise so groß, dass sie (trotz der Lichtgeschwindigkeit, die sie bewegen) können mit) zusammen bleiben und massive Felder bilden. Wenn ja, was tun mit dem Higgs-Feld? Nun, vielleicht können wir in diesem Fall diese ökonomische Theorie verwenden, um die Existenz dieses gottverdammten Teilchenfeldes zu widerlegen. Wie ich im Kommentar unten geschrieben habe:

Für mich ist der Higgs-Mechanismus ein eher künstliches Konstrukt und daher bin ich geneigt zu sagen, dass die Beweise denn die Higgs sind kontaminiert. Man kann also die Rishon-Theorie verwenden, um die Existenz des Higgs-Feldes zu widerlegen.

Kommentare

• Was ist der Beweis dafür, dass das entdeckte Teilchen tatsächlich das Higgs-Boson war? Wurde die Higgs-Wechselwirkung vielleicht beobachtet oder der Vakuumerwartungswert direkt gemessen?
• Im Lichte der Rishon-Theorie Ich ‚ bin geneigt, nein zu sagen, und dass der Beweis für die Higgs nur in den Köpfen derer existiert, die an der Idee festhalten, dass ein Higgs-Teilchen existiert. Für mich ist der Higgs-Mechanismus ein eher künstliches Konstrukt und daher bin ich ‚ geneigt zu sagen, dass die Beweise für die Higgs kontaminiert sind. Man kann also die Rishon-Theorie verwenden, um widerlegen das Vorhandensein ce of the Higgs.
• Also kein Rückfall.
• In meinen Augen gibt es tatsächlich keinen Rückfall (obwohl ich ihn geschrieben habe), weil ich ‚ Ich bin überzeugt, dass die Theorie auf dem richtigen Weg ist.
• Die elektroschwache Vereinigung scheint unnatürlich und problematisch. Die elektromagnetische Kraft basiert sehr deutlich auf U (1), ohne dass etwas anderes benötigt wird.Wenn die Theorie der schwachen Kräfte nicht alleine überleben kann, brauchen wir vielleicht nur eine bessere schwache Theorie anstelle einer Vereinigung. Und wenn wir diese Vereinigung fallen lassen, wird vielleicht klar, dass überhaupt keine Vereinigung von irgendetwas notwendig ist. Kräfte können vollkommen alleine existieren, ohne sich als entfernte Verwandte auszugeben.

Woraus bestehen Quarks?

Wir wissen nicht, woraus Quarks bestehen, vielleicht haben wir sie hier unten berührt, oder dass weitere Struktur noch aufgedeckt werden muss.

Bisher waren die Ergebnisse des LHC bei der Aufdeckung weiterer Strukturen – abgesehen von der Entdeckung des Higgs-Bosons – nicht ermutigend. Es ist vielleicht so, dass unsere derzeitige technologische Leistungsfähigkeit einfach nicht den Anforderungen entspricht.

Erinnern Sie sich daran, dass die klassische Mechanik wiederbelebt wurde, als Galileo durch ein Teleskop in den Nachthimmel blickte und die Theorie der Schwarzkörperstrahlung unter Verwendung der damals thermodynamischen Theorie von Boltzmann Ergebnisse lieferte, die im Widerspruch zum Experiment standen und Planck veranlassten Einführung der Atomhypothese in die Energie, dh der Quantenhypothese.

Vielleicht müssen wir einfach auf weiteren technologischen Einfallsreichtum warten, bevor wir die Physik jenseits des SM richtig angehen können, und dies scheint so, könnte etwas warten.

Einer der Hauptkonkurrenten für die Erklärung von Quarks ist jedoch die Stringtheorie. Tatsächlich entstand die Stringtheorie zunächst als Theorie der starken Kraft als eine Art Flussrohr, das Quarks verband Es sollte darauf hingewiesen werden, dass diese Theorie, wie alle großen Praktiker der Theorie warnen, sehr spekulativ ist, wie man erwarten sollte, wenn wir so weit von einem Regime entfernt sind, das direkt für Experimente zugänglich ist.