Hva er kvarker laget av?

Jeg kan ikke motstå dette morsgås sitatet:

Hva er små gutter laget av?

Hva er smågutter laget av?

Frosker og snegler,

Og valpehunder «haler;

Det er det små gutter er laget av.

Hva er småjenter laget av?

Hva er småjenter laget av?

Sukker og krydder,

Og alt det er fint;

Det er det små jenter er laget av.

Du oppgir:

Så atomer er dannet av protoner og nøytroner, som er dannet av kvarker. og spør: Men hvor kommer disse kvarkene fra? Hva gjør dem?

Hvordan vet vi atomer er dannet av protoner og nøytroner? Vi har dype uelastiske spredning som viste at atomene har en hard kjerne, så de er ikke en jevnt fordelt sak. Så har vi det periodiske elementet som organiserer seg godt og teller protoner og nøytroner.

Hvordan vet vi at protoner og nøytroner dannes fra kvarker? Vi har resultatene fra møysommelige eksperimenter som igjen viste at dyp uelastisk spredning viser en hard kjerne inne i protonene og nøytronene. Studien av interaksjonsproduktene organiserte partiklene og resonansene i det som nå kalles standardmodell , en gruppering i familier som har en til en korrespondanse med hypotesen om at hadronene (protonneutronresonanser) er sammensatt av kvarker.

Men ikke bare. De har også gluoner som holder kvarkene sammen på grunn av den sterke interaksjonen, og gluonene har blitt sett eksperimentelt , igjen med spredningseksperimenter.

Dette er hvor vi er nå. LHC sprer protoner på protoner, dvs. kvarker på kvarker med mye høyere energi enn noen gang før, og vi venter på resultater. Den teoretiske tolkningen kalt Standardmodellen, så vellykket ved lavere energier, forutsetter at kvarkene er elementære. På grunn av gluonutvekslingene er det vanskelig å se hvordan en hard kjerne kan vises i kvarkkvarkspredning for å ta løken et nivå lavere, dvs. fortell oss at kvarkene har en kjerne.

Selv i neutrino-kvarkspredning gluonene vil forstyrre hvis SM-teorien er riktig ved høye energier. For øyeblikket er det ingen eksperimentelle indikasjoner på at kvarkene ikke er grunnleggende. . Feynman tror jeg hadde sagt: «å se hva en klokke er laget av, kaster ikke en klokke på en annen klokke og teller tannhjulene som flyr av. Man tar en skrutrekker». Leptoner med sine svake interaksjoner tilsvarer skrutrekkeren.

Kvarker er sannsynligvis ikke laget av noe mer grunnleggende. Tanken om at alt må være laget av noe annet er ikke sant. Lys er ikke laget av noe annet, heller ikke tyngdekraften. At atomer hadde interne ting på gang var åpenbart, fordi de er elektrisk nøytrale, og likevel sprer lys ved bestemte magiske frekvenser. Nøytroner og protoner forrådte sin ikke-elementære struktur på grunn av deres magnetiske øyeblikk og for sterk spredning på korte avstander. Det er vanligvis åpenbart når en partikkel er sammensatt.

Kvarkene, derimot, sammen med elektronene, lyset, tyngdekraften og gluonene og W- og Z-bosonene, er helt elementære, i den forstand at deres interaksjoner er beskrevet godt av en renormaliserbar kvantefeltsteori. Hvis de ikke er elementære, er det sannsynligvis i en skala hvor de blir avslørt som en strengteori-eksitasjon, et kvantesort hull.

Modeller av sammensatte standardmodellfermioner var interessante fordi de kunne forklare fenomenet generasjoner, de gjentatte standardmodelfamiliene. Men strengteori gir en mye mer naturlig forklaring på generasjoner, når det gjelder komprimeringens geometri. Det er ingen reell motivasjon for underkonstruksjon, selv om folk spekulerer.

Kommentarer

• @BT og Ron: Jeg ‘ har flyttet kommentarene til et chatterom , så hvis dere to virkelig vil fortsette i denne retning, gjør det der, men anser dette som en påminnelse om uhøflighet (som eksemplifisert av noen få av de flyttede kommentarene ) er ikke akseptabelt på dette nettstedet.

Standard vanlige svaret er å betrakte dem som grunnleggende. Et annet standard, men ikke vanlig svar, er at vi generisk kaller «preons» til de hypotetiske komponentene i kvarker og leptoner. Den mest stabile pre-teorien er Harari-Shupe, noen ganger referert til som « rishon theory «, men det er andre.

Uten preons kan strengteori også være et svar, men ikke i tråd med spørsmålet ditt; kvarker og leptoner ville være ekvivalente med noen strengtilstander, så ikke «laget av», men «samme som». Tilsvarende, i Kaluza Klein-teorien: kvarker og leptoner forventes å være spesielle tilstander i den komprimerte teorien. Selvfølgelig er dette igjen mainstream. Teoretikere har også foreslått modeller der statene er Rishons.

I mellomveien kan du ha teoriene som foreslår å produsere kvarker og leptoner ut av geometri. Disse teoriene bekymrer seg vanligvis mye om tyngdekraften.

Til slutt har du de ikke-standardiserte teoriene. Selv har jeg en av dem, sBootstrap, og ingen tvil om at noen andre har til hensikt å svare deg ved å foreslå deres favorittteori.

Kommentarer

• Selv om det er hyggelig å ha et navn på de hypotetiske bestanddelene av kvarker, er den eneste nyttige hensikten foreløpig i setning som » Eksperimentell grense for eksistensen av preoner … » . Å snakke om en » etablert » teori i fravær av et hint av bevis er litt optimistisk.
• Nedstemt: De eneste teoriene du har nevnt som har noen reell støtte blant fysikere, er standardmodellen og strengteorien. Standardmodus anser kvarker og leptoner som elementære punktpartikler uten bestanddeler. Strengteori anser dem som vibrerende strenger, igjen uten interne bestanddeler. Alt annet du nevnte er egentlig bare hypotetisk spekulasjon og ikke en ekte konstruktiv seriøs fysikkteori som kan komme med spådommer.
• Vel, du kan forestille deg at strenger er laget av strengbiter, en konstruksjon populær hos Charles Thorn som fremmet det. Som perler i en kjede, kan du utforme deres interaksjoner slik at deres bundet tilstand vil være fysisk ekvivalent med strenger når du ‘ er ferdig. I alle fall er spørsmålet ikke ‘ t nøyaktig dypt. Det ‘ stemmer ikke alltid at ting er laget av noe mer grunnleggende, og det er ‘ klart at når vi kommer til Planck ( grunnleggende) skala (eller før det), enhver ytterligere » komposisjon ut av nye ting » må ta slutt fordi det kan ‘ t være ting som er mindre enn Planck-skalaen.
• Likevel, la ‘ si at du kan legge inn preon-modeller i strengteori. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, ja jeg sier » ikke mainstream «. Jeg tror ordlyden min har vært forsiktig nok, men fremkaller ordet » » virkelig slik forvirring, selv med en » uten tvil » og en » ikke mainstream » i samme parragraf? Tror du at svaret ikke er nyttig? Jeg forstår ikke hvordan disse teoriene ikke er konstruktive og ikke gjør spådommer. Forvirrer du dem med de jeg kaller » ikke-standard «, vanligvis ikke i refererte tidsskrifter?

La meg først understreke at ingen vet hva de kan forvente helt sikkert når vi undersøker mindre og mindre mindre avstander (eller ved høyere energier) til nå som elementære felt: elektron ( $ e ^ – $ ), elektronneutrino ( $ \ nu_e $ ), opp-kvarken ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ), og down-quark ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), sammen med andre og tredje generasjon, den massive $ W ^ {+/-} $ og $ Z ^ 0 $ (kraftbærerne til de svake kraft), Higgs (forklarer masse) og den hypotetiske supertunge X- og Y-bosoner , som (i henhold til teori ) gjør det mulig for protonen å forfalle, og har en elektrisk ladning på $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

En veldig sannsynlig gjetning finnes imidlertid i Harari «s Rishon teori (som allerede er nevnt i et tidligere svar), som kan redegjøre for alle reaksjoner mellom elementære felt (unntatt de som involverer Higgs-feltet). Med bare to elementære felt, T -rishon og V-rishon, en preon-teori kan ikke bli mer økonomisk (det er umulig å konstruere de hittil kjente elementære felt av bare ett felt). Dette er absolutt mer elegant enn mangfoldet av elementære partikler som råder i dag. Jeg kaller «eleganse» fordi noen fysikere ser på dette som et argument til fordel for nye ideer (forresten, Jeg vet ikke det.

Andre argumenter for denne teorien:

• Protonets forfall forklares v gjør det enkelt:

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

• Teorien sier at mengden materie er lik mengden anti-materie

• I følge Rishon-teorien er den svake kraften ikke en grunnleggende, akkurat som den «gamle» sterke kraften som en gang ble antatt å bli overført av pionen (som skal sammenlignes med $ W ^ {+/-} $ eller $ Z ^ 0 $ ) viste seg å være en gjenværende kraft, og grunnleggende sterk kraft er nå kjent for å bli formidlet av masseløse gluoner.

Higgs-feltet (e) har ingen plass i denne teorien, som virker et stort tilbakeblikk siden de kanskje har blitt oppdaget. Det sies at på grunn av dette vil alle elementære felt ikke ha noen masse. Begge rishonene er masseløse, men når de danner bundet tilstand (den eneste tilstanden de kan være i), er kanskje kraften (den som formidles av hyperfarge gluoner) mellom dem så stor at de kan (til tross for lyshastigheten de reiser med) holde sammen og danne massive felt. Hva gjør du i så fall med Higgs-feltet? Vel, kanskje, i så fall, kan vi bruke denne økonomiske teorien til å disproof eksistensen av dette forbannede partikkelfeltet. Som jeg skrev i kommentaren nedenfor:

For meg er Higgs-mekanismen en ganske kunstig konstruksjon, og derfor er jeg tilbøyelig til å si at bevisene for Higgs er forurenset. Så man kan bruke Rishon-teorien til å avskjerme eksistensen av Higgs-feltet.

Kommentarer

• Hva er beviset på at partikkelen som ble oppdaget egentlig var Higgs boson? Har Higgs-interaksjonen blitt observert kanskje eller vakuumforventningsverdien direkte målt?
• I lys av Rishon-teorien , Jeg ‘ er tilbøyelig til å si nei, og at beviset for Higgs bare eksisterer i hodet på dem som holder seg til ideen om at en Higgs-partikkel eksisterer. For meg er Higgs-mekanismen en ganske kunstig konstruksjon, og derfor er jeg ‘ tilbøyelig til å si at beviset for Higgs er forurenset. Så man kan bruke Rishon-teorien til å disproof the existen ce of the Higgs.
• Så ingen throwback.
• I mine øyne er det faktisk ingen throwback (selv om jeg skrev det) fordi jeg ‘ m overbevist om at teorien er på rett vei.
• Elektrosvak forening virker unaturlig og problematisk. Den elektromagnetiske kraften er veldig tydelig basert på U (1) uten behov for annet.Hvis den svake kraftteorien ikke kan overleve alene, trenger vi kanskje bare en bedre svak teori i stedet for forening. Og hvis vi dropper denne foreningen, blir det kanskje klart at det ikke er behov for noen forening av noe i det hele tatt. Krefter kan eksistere helt alene uten å late som om de er fjerne slektninger.

Hva er kvarker laget av?

Vi vet ikke hva kvarker består av, kanskje vi har berørt bunnen her, eller at ytterligere struktur ennå ikke er avdekket.

Så langt har ikke resultatene av LHC i å avdekke ytterligere struktur – bortsett fra oppdagelsen av Higgs boson – vært oppmuntrende. Det er kanskje at vår nåværende teknologiske evne rett og slett ikke er opp til merket.

Husk at klassisk mekanikk ble gjenopplivet da Galileo så gjennom et teleskop på nattehimmelen, og teorien om svart kroppsstråling ved hjelp av den daværende termodynamiske teorien til Boltzmann ga resultater i avvik fra eksperimentet og ba Plancks innføring av atomhypotesen i energi, dvs. kvantehypotesen.

Det kan hende vi bare må vente på ytterligere teknologisk oppfinnsomhet før vi riktig kan adressere fysikk utenfor SM, og dette med utseendet til det, kan være litt ventetid.

En av de viktigste nåværende kandidatene for å forklare kvarker er strengteori. Faktisk oppsto strengteori først som en teori om den sterke kraften som et slags flussrør som koblet sammen kvarker. Det skal påpekes, som alle de viktigste utøverne av teorien advarer om, at denne teorien er svært spekulativ, slik man burde forvente når vi er så langt borte fra et regime som er direkte tilgjengelig for eksperimentering.