Di cosa sono fatti i quark?

Non posso resistere a questa citazione di mamma oca:

Di cosa sono fatti i ragazzini?

Di cosa sono fatti i ragazzini?

Rane e lumache,

E le code dei cuccioli;

Ecco di cosa sono fatti i ragazzini di.

Di cosa sono fatte le bambine?

Di cosa sono fatte le bambine?

Zucchero e spezie,

E tutto che “è carino;

Questo è ciò di cui sono fatte le bambine.

Lei afferma:

Quindi gli atomi sono formati da protoni e neutroni, che sono formati da quark. e chiedi: ma da dove vengono questi quark? Cosa li rende?

Come facciamo a sapere che gli atomi sono formati da protoni e neutroni? Abbiamo dispersioni anelastiche profonde che hanno mostrato che gli atomi hanno un nucleo duro, quindi non sono una materia distribuita uniformemente. Poi abbiamo la tavola periodica degli elementi che si organizza bene contando protoni e neutroni.

Come sappiamo che protoni e neutroni sono formati da quark? Abbiamo i risultati di esperimenti scrupolosi che ci hanno mostrato ancora una volta che lo scattering anelastico profondo mostra un nucleo duro allinterno dei protoni e dei neutroni. Lo studio dei prodotti di interazione ha organizzato le particelle e le risonanze in quello che ora viene chiamato modello standard , un raggruppamento in famiglie che hanno una corrispondenza uno a uno con lipotesi che gli adroni (risonanze di protoni e neutroni) siano composti da quark.

Ma non solo. Hanno anche gluoni che tengono insieme i quark a causa della forte interazione, e i gluoni sono stati visti sperimentalmente , ancora una volta con esperimenti di scattering.

Qui è dove siamo adesso. LLHC sta disperdendo protoni su protoni, cioè quark su quark a energie molto più elevate rispetto al passato, e stiamo aspettando i risultati. Linterpretazione teorica chiamata Modello Standard, così efficace alle energie inferiori, presuppone che i quark siano elementari. A causa degli scambi di gluoni è difficile vedere come potrebbe apparire un nucleo duro nello scattering di quark quark per portare la cipolla di un livello più in basso, cioè dicci che i quark hanno un nucleo.

Anche nello scattering di quark di neutrino i gluoni interferiranno, se la teoria SM è corretta alle alte energie. Al momento non ci sono indicazioni sperimentali che i quark non siano elementari.

La natura però ci ha già sorpresi in passato, e potrebbe farlo di nuovo, una volta che gli esperimenti di dispersione dei quark leptonici ad alta energia saranno progettati e condotti in futuro . Feynman credo avesse detto: “per vedere di cosa è fatto un orologio non si lancia un orologio su un altro orologio e si contano le marce che volano via. Si prende un cacciavite”. I leptoni con le loro interazioni deboli sono lequivalente del cacciavite.

I quark probabilmente non sono fatti di niente di più fondamentale. Lidea che tutto debba essere fatto di qualcosaltro non è vera. La luce non è fatta di nientaltro, né lo è la gravità. Che gli atomi avessero delle cose interne in corso era ovvio, perché sono elettricamente neutri e tuttavia diffondono la luce a frequenze magiche definite. Neutroni e protoni hanno tradito la loro struttura non elementare a causa dei loro momenti magnetici e della dispersione troppo forte a brevi distanze. Di solito è ovvio quando una particella è composta.

I quark, daltra parte, insieme agli elettroni, luce, gravità e gluoni e bosoni W e Z, sono perfettamente elementari, nel senso che le loro interazioni sono descritte bene da una teoria quantistica dei campi rinormalizzabile. Se non sono elementari, è probabilmente a una scala in cui si rivela essere uneccitazione della teoria delle stringhe, un buco nero quantistico.

I modelli di fermioni del modello standard composito erano interessanti perché potevano spiegare il fenomeno di generazioni, le famiglie di modelli standard ripetute. Ma la teoria delle stringhe fornisce una spiegazione molto più naturale delle generazioni, in termini di geometria della compattificazione. Non cè una vera motivazione per la sottostruttura, anche se le persone speculano.

Commenti

• @BT e Ron: ‘ ho spostato i commenti in una chat room , quindi se voi due volete davvero continuare in questo modo, fatelo lì, ma considerate questo un promemoria che la maleducazione (come esemplificato da alcuni commenti spostati ) non è accettabile su questo sito.

La risposta standard principale è considerarli come fondamentali. Unaltra risposta standard, ma non tradizionale, è che chiamiamo genericamente “preons” alle componenti ipotetiche di quark e leptoni. La teoria preon più consolidata, probabilmente, è Harari-Shupe, a volte indicata come “ teoria del rishon “, ma ce ne sono altre.

Senza preon, anche la teoria delle stringhe potrebbe essere una risposta ma non nella linea della tua domanda; quark e leptoni sarebbero equivalenti ad alcuni stati stringa, quindi non “fatto di”, ma “uguale a”. Allo stesso modo, nella teoria di Kaluza Klein: i quark ei leptoni dovrebbero essere stati speciali della teoria compatta. Ovviamente, ancora una volta, questo è il mainstream. I teorici hanno anche proposto modelli in cui gli stati sono Rishons.

La via di mezzo, potresti avere le teorie che propongono di produrre quark e leptoni dalla geometria. Queste teorie di solito si preoccupano molto della gravità.

Infine, hai le teorie non standard. Io stesso ne ho uno, lo sBootstrap, e senza dubbio qualcun altro avrà intenzione di risponderti proponendoti la loro teoria preferita.

Commenti

• Sebbene sia bello avere un nome per i costituenti ipotetici dei quark, lunico scopo utile è ancora in frasi come ” Il limite sperimentale allesistenza di preon … ” . Parlare di una teoria ” consolidata ” in assenza di un accenno di evidenza è un po ottimista.
• Downvoted: Le uniche teorie che hai menzionato che hanno un vero supporto tra i fisici sono il modello standard e la teoria delle stringhe. La modalità standard considera quark e leptoni come particelle puntiformi elementari senza costituenti. La teoria delle stringhe le considera come corde vibranti, ancora una volta prive di costituenti interni. Tutto il resto che hai menzionato è essenzialmente solo speculazione ipotetica e non una vera teoria fisica costruttiva seria che può fare previsioni.
• Bene, puoi immaginare che le stringhe siano fatte di bit di stringa, una costruzione popolare con Charles Thorn che promosso. Come perline in una catena, puoi progettare le loro interazioni in modo che i loro stati legati siano fisicamente equivalenti alle stringhe quando ‘ hai finito. In ogni caso, la domanda non è ‘ esattamente profonda. ‘ non è sempre vero che le cose sono fatte di qualcosa di più fondamentale ed è ‘ chiaro che quando arriviamo al Planck ( fondamentale) scala (o prima di quella), qualsiasi ulteriore ” composizione di cose nuove ” deve finire perché può ‘ t essere cose più piccole della scala di Planck.
• Tuttavia, facciamo notare a ‘ che puoi incorporare modelli preon nella teoria delle stringhe. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, sì, dico ” non mainstream “. Penso che la mia formulazione sia stata abbastanza attenta, ma la parola ” stabilita ” provoca davvero tale confusione, anche con un ” probabilmente ” e ” non mainstream ” nello stesso paragrafo? Pensi che la risposta non sia utile? Inoltre, non capisco come queste teorie non siano costruttive e non facciano previsioni. Li confondi con quelli che chiamo ” non standard “, di solito non nei giornali referenziati?

Innanzitutto, lasciatemi sottolineare che nessuno sa cosa aspettarsi con certezza quando esaminiamo distanze minori (o ad energie superiori) i campi fino ad ora considerati elementari considerati elementari: lelettrone ( $ e ^ – $ ), il neutrino elettronico ( $ \ nu_e $ ), il quark up ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ) e il quark down ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), insieme alla loro seconda e terza generazione, il massiccio $ W ^ {+/-} $ e $ Z ^ 0 $ (i portatori di forza dei deboli forza), i bosoni di Higgs (che spiegano la massa) e lipotetico superpesante X e Y bosoni , che (secondo il teoria ) consentono al protone di decadere e hanno una carica elettrica di $ + \ frac {4} {3} $ risp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Unipotesi molto plausibile è contenuta in Harari “s Rishon teoria (che è già stata menzionata in una risposta precedente), che può spiegare tutti reazioni tra campi elementari (eccetto quelli che coinvolgono il campo di Higgs). Con solo due campi elementari, la T -rishon, e il V-rishon, una teoria preon non può essere più economica (è impossibile costruire i campi elementari fino ad ora conosciuti da solo un campo). Questo è certamente più elegante della varietà di particelle elementari che prevale oggigiorno. Chiamo “eleganza” perché alcuni fisici lo considerano un argomento a favore di nuove idee (a proposito, Io non “t).

Altri argomenti a favore di questa teoria:

• Il decadimento del protone è spiegato v molto facilmente:

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

• La teoria afferma che la quantità di materia è uguale alla quantità di antimateria

• Secondo la teoria di Rishon, la forza debole non è “una fondamentale, proprio come la” vecchia “forza forte che una volta si pensava fosse trasmessa dal pione (da confrontare con il $ W ^ {+/-} $ o $ Z ^ 0 $ ) si è rivelata una forza residua e il fondamentale forza forte è ora nota per essere trasmessa da gluoni privi di massa.

Il campo (i) di Higgs ha nessun posto in questa teoria, che sembra un importante ritorno al passato poiché potrebbe essere stato scoperto. Si dice che a causa di ciò tutti i campi elementari non avranno massa. Entrambi i rishons sono privi di massa, ma quando formano stati legati (lunico stato in cui possono trovarsi), allora forse la forza (quella trasmessa dai gluoni ipercolori) tra di loro è grande quanto possono (nonostante la velocità della luce che viaggiano con) stare insieme e formare enormi campi. In tal caso, cosa fare con il campo di Higgs? Ebbene, forse, in quel caso, possiamo usare questa teoria economica per confutare lesistenza di questo dannato campo di particelle. Come ho scritto nel commento qui sotto:

Per me, il meccanismo di Higgs è un costrutto piuttosto artificiale e quindi sono propenso a dire che le prove perché Higgs è contaminato. Quindi si può usare la teoria di Rishon per confutare lesistenza del campo di Higgs.

Commenti

• Qual è la prova che la particella scoperta fosse effettivamente il bosone di Higgs? Linterazione di Higgs è stata forse osservata o il valore dellaspettativa di vuoto misurato direttamente?
• Alla luce della teoria di Rishon , ‘ sono incline a dire di no e che la prova per Higgs esiste solo nella mente di coloro che aderiscono all idea che una particella di Higgs esiste. Per me, il meccanismo di Higgs è un costrutto piuttosto artificiale e quindi ‘ sono propenso a dire che le prove per Higgs sono contaminate. Quindi si può usare la teoria di Rishon per smentire lesistenza ce di Higgs.
• Quindi nessun ritorno al passato.
• Ai miei occhi, non cè davvero alcun ritorno al passato (anche se lho scritto) perché ‘ sono convinto che la teoria sia sulla strada giusta.
• Lunificazione elettrodebole sembra innaturale e problematica. La forza elettromagnetica si basa su U (1) molto chiaramente senza nientaltro necessario.Se la teoria della forza debole non può sopravvivere da sola, forse abbiamo solo bisogno di una teoria debole migliore invece dellunificazione. E se abbandoniamo questa unificazione, allora forse diventa chiaro che non è assolutamente necessaria alcuna unificazione di nulla. Le forze possono esistere perfettamente da sole senza fingere di essere parenti lontani.

Di cosa sono fatti i quark?

Non sappiamo di cosa sono fatti i quark, forse è che noi “abbiamo toccato il fondo qui, o quellulteriore struttura deve ancora essere scoperta.

Finora, i risultati dellLHC nella scoperta di ulteriori strutture – a parte la scoperta del bosone di Higgs – non sono stati incoraggianti. Forse la nostra attuale capacità tecnologica semplicemente non è allaltezza.

Ricordiamo che la meccanica classica fu rinvigorita quando Galileo guardò il cielo notturno attraverso un telescopio, e la teoria della radiazione del corpo nero utilizzando lallora teoria termodinamica di Boltzmann diede risultati in contrasto con lesperimento e suggerì Planck “s introduzione dellipotesi atomica nellenergia, cioè lipotesi quantistica.

Forse dovremo semplicemente aspettare ulteriori ingegnosità tecnologiche prima di poter affrontare adeguatamente la fisica oltre lSM, e questo a quanto pare, potrebbe essere un po di attesa.

Tuttavia, uno dei principali contendenti attuali per spiegare i quark è la teoria delle stringhe; in effetti, la teoria delle stringhe è nata inizialmente come teoria della forza forte come una sorta di tubo di flusso che collegava i quark ; va sottolineato, come avvertono tutti i principali professionisti della teoria, che questa teoria è altamente speculativa, come ci si dovrebbe aspettare quando siamo così lontani da un regime che è direttamente accessibile per sperimentare.