De quoi sont faits les quarks?

Je ne peux pas résister à cette citation de mère oie:

De quoi sont faits les petits garçons?

De quoi sont faits les petits garçons?

Des grenouilles et des escargots,

Et des queues de chiot-chiens;

Cest ce que font les petits garçons de.

De quoi sont faites les petites filles?

De quoi sont faites les petites filles?

Du sucre et des épices,

Et tout cest bien;

Cest de ça que sont faites les petites filles.

Vous dites:

Les atomes sont donc formés de protons et de neutrons, qui sont formés de quarks. et demandez: Mais doù viennent ces quarks? Quest-ce qui les compose?

Comment savons-nous que les atomes sont formés à partir de protons et de neutrons? Nous avons des diffusions inélastiques profondes qui ont montré que les atomes ont un noyau dur, donc ils ne sont pas une matière uniformément distribuée. Ensuite, nous avons le tableau périodique des éléments qui sorganise bien en comptant les protons et les neutrons.

Comment savons-nous que les protons et les neutrons sont formés à partir de quarks? Nous avons les résultats dexpériences minutieuses qui nous ont montré une fois de plus quune diffusion inélastique profonde montre un noyau dur à lintérieur des protons et des neutrons. Létude des produits dinteraction a organisé les particules et les résonances dans ce que lon appelle maintenant le modèle standard , un regroupement en familles qui ont une correspondance biunivoque avec lhypothèse que les hadrons (résonances des protons neutrons) sont composés de quarks.

Mais pas seulement. Ils ont également des gluons qui maintiennent les quarks ensemble en raison de la forte interaction, et les gluons ont été vus expérimentalement , toujours avec des expériences de diffusion.

Cest là où nous en sommes maintenant. Le LHC diffuse des protons sur des protons, cest-à-dire des quarks sur des quarks à des énergies beaucoup plus élevées que jamais auparavant, et nous attendons les résultats. Linterprétation théorique appelée modèle standard, si réussie aux énergies inférieures, suppose que les quarks sont élémentaires. En raison des échanges de gluons, il est difficile de voir comment un noyau dur pourrait apparaître dans la diffusion de quark quark pour ramener loignon dun niveau plus bas, cest-à-dire nous dire que les quarks ont un noyau.

Même dans la diffusion de quark neutrino les gluons vont interférer, si la théorie SM est correcte aux hautes énergies. Pour le moment, rien nindique expérimentalement que les quarks ne sont pas élémentaires.

La nature nous a déjà surpris auparavant, et pourrait le refaire, une fois que des expériences de diffusion de quarks de lepton à haute énergie seront conçues et réalisées dans le futur . Je crois que Feynman avait dit: « pour voir de quoi est faite une montre, on ne jette pas une montre sur une autre montre et on ne compte pas les engrenages qui décollent. On prend un tournevis ». Les leptons avec leurs interactions faibles sont léquivalent du tournevis.

Les quarks ne sont probablement pas faits de quelque chose de plus fondamental. Lidée que tout doit être fait dautre chose nest pas vraie. La lumière nest pas faite dautre chose, la gravité non plus. Le fait que les atomes aient des choses internes était évident, car ils sont électriquement neutres, et pourtant diffusent la lumière à des fréquences magiques définies. Les neutrons et les protons ont trahi leur structure non élémentaire à cause de leurs moments magnétiques et de leur diffusion trop forte sur de courtes distances. Cest généralement évident lorsquune particule est composite.

Les quarks, par contre, avec les électrons, la lumière, la gravité, les gluons et les bosons W et Z, sont parfaitement élémentaires, dans le sens que leurs interactions sont bien décrites par une théorie quantique des champs renormalisable. Sils ne sont pas élémentaires, cest probablement à une échelle où ils se révèlent être une excitation de la théorie des cordes, un trou noir quantique.

Les modèles de fermions standards composites étaient intéressants car ils pouvaient expliquer le phénomène de générations, les familles de modèles standard répétées. Mais la théorie des cordes donne une explication beaucoup plus naturelle des générations, en termes de géométrie de la compactification. Il ny a pas de réelle motivation pour la sous-structure, même si les gens spéculent.

Commentaires

• @BT et Ron: Jai ‘ déplacé les commentaires vers une salle de chat , donc si vous voulez vraiment continuer dans cette veine, faites-le là-bas, mais considérez cela comme un rappel que limpolitesse (comme en témoignent quelques-uns des commentaires déplacés ) nest pas acceptable sur ce site.

La réponse standard du grand public est de les considérer comme fondamentaux. Une autre réponse standard, mais pas courante, est que nous appelons génériquement « préons » les composants hypothétiques des quarks et des leptons. La théorie des préons – sans doute – la plus stable est Harari-Shupe, parfois appelée «  théorie des rishons « , mais il y en a dautres.

Sans préons, la théorie des cordes pourrait également être une réponse mais pas dans la ligne de votre question; les quarks et leptons seraient équivalents à certains états de chaîne, donc pas « fait de », mais « identique à ». De même, dans la théorie de Kaluza Klein: les quarks et les leptons sont censés être des états spéciaux de la théorie compactifiée. Bien sûr, encore une fois, cest le courant dominant. Les théoriciens ont également proposé des modèles où les états sont des Rishons.

La voie médiane, vous pourriez avoir les théories qui proposent de produire des quarks et des leptons à partir de la géométrie. Ces théories se préoccupent généralement beaucoup de la gravité.

Enfin, vous avez les théories non standard. Jen ai moi-même un, le sBootstrap, et nul doute que dautres personnes auront lintention de vous répondre en vous proposant leur théorie préférée.

Commentaires

• Bien quil soit agréable davoir un nom pour les constituants hypothétiques des quarks, le seul objectif utile pour le moment est dans une phrase comme  » La limite expérimentale de lexistence des préons …  » . Parler dune  » théorie  » établie en labsence dun indice de preuve est un peu optimiste.
• Downvoté: Les seules théories que vous avez mentionnées qui ont un réel soutien parmi les physiciens sont le modèle standard et la théorie des cordes. Le mode standard considère les quarks et les leptons comme des particules ponctuelles élémentaires sans constituants. La théorie des cordes les considère comme des cordes vibrantes, là encore sans constituants internes. Tout le reste que vous avez mentionné nest essentiellement que de la spéculation hypothétique et non une véritable théorie de physique sérieuse et constructive qui peut faire des prédictions.
• Eh bien, vous pouvez imaginer que les chaînes sont faites de morceaux de chaîne, une construction populaire auprès de Charles Thorn qui la promu. Comme des perles dans une chaîne, vous pouvez concevoir leurs interactions de sorte que leurs états liés soient physiquement équivalents à des chaînes lorsque vous ‘ terminé. Quoi quil en soit, la question nest ‘ pas exactement profonde. Il ‘ nest pas toujours vrai que les choses sont faites de quelque chose de plus fondamental et il est ‘ clair que lorsque nous arrivons au Planck ( fondamentale) (ou avant), toute autre  » composition de nouvelles choses  » doit prendre fin car il peut ‘ Les choses ne sont pas plus petites que léchelle de Planck.
• Néanmoins, notons ‘ que vous pouvez intégrer des modèles préons dans la théorie des cordes. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, oui je dis  » pas grand public « . Je pense que ma formulation a été suffisamment prudente, mais le mot  » stablished  » induit vraiment une telle confusion, même avec un  » sans doute  » et une remarque  » pas grand public  » dans le même paragraphe? Pensez-vous que la réponse nest pas utile? De plus, je ne comprends pas comment ces théories ne sont pas constructives et ne font pas de prédictions. Les confondez-vous avec ceux que jappelle  » non standard « , généralement pas dans des revues à comité de lecture?

Tout dabord, permettez-moi de souligner que personne ne sait à quoi sattendre avec certitude lorsque nous sondons à plus petit et des distances plus petites (ou à des énergies plus élevées) jusquà présent comme champs élémentaires considérés comme élémentaires: lélectron ( $ e ^ – $ ), le neutrino électronique ( $ \ nu_e $ ), le quark up ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ), et le quark down ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), ainsi que leur deuxième et troisième génération, le massif $ W ^ {+/-} $ et le $ Z ^ 0 $ (les porteurs de force des force), les Higgs (expliquant la masse) et lhypothétique superlourd bosons X et Y , qui (selon le théorie ) permettent au proton de se désintégrer et ont une charge électrique de $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Une supposition très plausible est cependant contenue dans Harari « s Théorie de Rishon (qui a déjà été mentionnée dans une réponse précédente), qui peut expliquer tous réactions entre champs élémentaires (sauf ceux qui impliquent le champ de Higgs). Avec seulement deux champs élémentaires, le T -rishon, et le V-rishon, une théorie préon ne peut « pas devenir plus économique (il est impossible de construire les champs élémentaires jusquici connus à partir de seulement un field). Cest certainement plus élégant que la variété de particules élémentaires qui prévaut de nos jours. Je nomme « élégance » parce que certains physiciens considèrent cela comme un argument en faveur de nouvelles idées (dailleurs, Je ne « t).

Autres arguments en faveur de cette théorie:

• La désintégration du proton est expliquée v très facilement:

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

• La théorie dit que la quantité de matière est égale à la quantité danti-matière

• Selon la théorie de Rishon, la force faible nest pas fondamentale, tout comme la « vieille » force forte que lon croyait autrefois transmise par le pion (à comparer avec la $ W ^ {+/-} $ ou le $ Z ^ 0 $ ) sest avéré être une force résiduelle, et le fondamentale une force forte est maintenant connue pour être transmise par des gluons sans masse.

Le (s) champ (s) de Higgs a pas de place dans cette théorie, ce qui semble un retour en arrière majeur puisquils peuvent avoir été découverts. On dit quà cause de cela, tous les champs élémentaires nauront pas de masse. Les deux rishons sont sans masse, mais lorsquils forment des états liés (le seul état dans lequel ils peuvent être), alors peut-être que la force (celle véhiculée par les gluons hyper couleur) entre eux est aussi grande quils peuvent (malgré la vitesse de la lumière quils parcourent). avec) rester ensemble et former des champs massifs. Si oui, que faire du champ de Higgs? Eh bien, peut-être, dans ce cas, nous pouvons utiliser cette théorie économique pour démonter lexistence de ce putain de champ de particules. Comme je lai écrit dans le commentaire ci-dessous:

Pour moi, le mécanisme de Higgs est une construction plutôt artificielle et donc je « suis enclin à dire que la preuve car le Higgs est contaminé. On peut donc utiliser la théorie de Rishon pour réfuter lexistence du champ de Higgs.

Commentaires

• Quelle est la preuve que la particule découverte était en fait le boson de Higgs? Linteraction de Higgs a-t-elle été observée peut-être ou la valeur despérance de vide directement mesurée?
• À la lumière de la théorie de Rishon , Je ‘ suis enclin à dire non, et que la preuve des Higgs nexiste que dans lesprit de ceux qui adhèrent à lidée quune particule de Higgs Pour moi, le mécanisme de Higgs est une construction plutôt artificielle et par conséquent, je ‘ suis enclin à dire que la preuve des Higgs est contaminée. On peut donc utiliser la théorie de Rishon pour démonter l’existence ce des Higgs.
• Donc pas de retour en arrière.
• À mes yeux, il ny a en effet pas de retour en arrière (même si je lai écrit) parce que je ‘ m est convaincu que la théorie est sur la bonne voie.
• Lunification électrofaible semble anormale et problématique. La force électromagnétique est basée sur U (1) très clairement sans autre besoin.Si la théorie de la force faible ne peut pas survivre seule, peut-être avons-nous juste besoin dune meilleure théorie faible au lieu de lunification. Et si nous abandonnons cette unification, alors peut-être devient-il clair quaucune unification de quoi que ce soit nest nécessaire du tout. Les forces peuvent parfaitement exister delles-mêmes sans prétendre être des parents éloignés.

De quoi sont faits les quarks?

Nous ne savons pas de quoi sont composés les quarks, peut-être que nous « avons touché le fond ici, ou cette structure supplémentaire doit encore être découverte.

Jusquà présent, les résultats du LHC dans la découverte de nouvelles structures – mis à part la découverte du boson de Higgs – nont pas été encourageants. Il se peut que notre capacité technologique actuelle ne soit tout simplement pas à la hauteur.

Rappelons que la mécanique classique a été revigorée lorsque Galilée a regardé à travers un télescope le ciel nocturne, et la théorie du rayonnement du corps noir utilisant la théorie thermodynamique de Boltzmann a donné des résultats en contradiction avec lexpérience et a incité Planck « s introduction de lhypothèse atomique dans lénergie, cest-à-dire lhypothèse quantique.

Il faudra peut-être simplement attendre plus dingéniosité technologique avant de pouvoir aborder correctement la physique au-delà du SM, et ce par lapparence de celle-ci, pourrait être un peu dattente.

Cependant, lun des principaux prétendants actuels pour expliquer les quarks est la théorie des cordes; en fait, la théorie des cordes est dabord apparue comme une théorie de la force forte comme une sorte de tube de flux reliant les quarks ; il faut souligner, comme tous les grands praticiens de la théorie le mettent en garde, que cette théorie est hautement spéculative, comme il faut sy attendre lorsque nous sommes si loin dun régime directement accessible à lexpérimentation.