Waar zijn quarks van gemaakt?

Ik kan deze moedergans-quote niet weerstaan:

Waar zijn kleine jongens van gemaakt?

Waar zijn kleine jongens van gemaakt?

Kikkers en slakken,

En de staarten van puppyhonden;

Dat is wat kleine jongens zijn gemaakt van.

Waar zijn kleine meisjes van gemaakt?

Waar zijn kleine meisjes van gemaakt?

Suiker en specerijen,

En alles dat is leuk;

Daar zijn kleine meisjes van gemaakt.

U zegt:

Atomen worden dus gevormd uit protonen en neutronen, die worden gevormd uit quarks. en vraag: maar waar komen deze quarks vandaan? Wat maakt ze?

Hoe weten we dat atomen worden gevormd uit protonen en neutronen? We hebben diepe inelastische verstrooiingen die aantoonden dat de atomen een harde kern hebben en dus geen gelijkmatig verdeelde materie zijn. Dan hebben we het periodiek systeem der elementen dat zichzelf goed organiseert door protonen en neutronen te tellen.

Hoe weten we dat protonen en neutronen worden gevormd uit quarks? We hebben de resultaten van nauwgezette experimenten die ons eens te meer hebben laten zien dat diepe inelastische verstrooiing een harde kern laat zien in de protonen en neutronen. De studie van de interactieproducten organiseerde de deeltjes en resonanties in wat nu het standaardmodel wordt genoemd, een groepering in families die een één-op-één overeenkomst hebben met de hypothese dat de hadronen (protonen, neutronenresonanties) zijn samengesteld uit quarks.

Maar niet alleen. Ze hebben ook gluonen die de quarks bij elkaar houden vanwege de sterke interactie, en de gluonen zijn experimenteel waargenomen, wederom met verstrooiingsexperimenten.

Dit is waar we nu zijn. De LHC verstrooit protonen op protonen, d.w.z. quarks op quarks met veel hogere energieën dan ooit tevoren, en we wachten op resultaten. De theoretische interpretatie die het Standaardmodel wordt genoemd en zo succesvol is bij lagere energieën, veronderstelt dat de quarks elementair zijn. Door de uitwisseling van gluon is het moeilijk in te zien hoe een harde kern eruit zou kunnen zien in quark-quarkverstrooiing om de ui een niveau lager te brengen, dwz vertel ons dat de quarks een kern hebben.

Zelfs bij neutrino-quarkverstrooiing de gluonen zullen interfereren, als de SM-theorie correct is bij hoge energieën. Op dit moment is er geen experimentele aanwijzing dat de quarks niet elementair zijn.

De natuur heeft ons echter al eerder verrast, en zou het opnieuw kunnen doen, zodra experimenten met hoogenergetische lepton-quarkverstrooiing zijn ontworpen en uitgevoerd in de toekomst. . Feynman had volgens mij gezegd: “om te zien wat een horloge is, gooi je niet het ene horloge op een ander horloge en tel je de versnellingen die wegvliegen. Je pakt een schroevendraaier”. Leptonen met hun zwakke interacties zijn het equivalent van de schroevendraaier.

Quarks zijn waarschijnlijk niet van fundamentelers gemaakt. Het idee dat alles van iets anders gemaakt moet zijn, is niet waar. Licht is niet van iets anders gemaakt, evenmin als zwaartekracht. Dat atomen interne dingen hadden, was duidelijk, omdat ze elektrisch neutraal zijn, en toch licht verspreiden op bepaalde magische frequenties. Neutronen en protonen verraden hun niet-elementaire structuur vanwege hun magnetische momenten en te sterke verstrooiing op korte afstanden. Het is meestal duidelijk wanneer een deeltje samengesteld is.

De quarks daarentegen, samen met de elektronen, het licht, de zwaartekracht en de gluonen en de W- en Z-bosonen, zijn in die zin volkomen elementair dat hun interacties goed worden beschreven door een renormaliseerbare kwantumveldentheorie. Als ze niet elementair zijn, is het waarschijnlijk op een schaal waarop wordt onthuld dat ze een snaartheorie-excitatie zijn, een kwantumzwart gat.

Modellen van samengestelde standaardmodelfermionen waren interessant omdat ze het fenomeen van generaties, de zich herhalende standaardmodelfamilies. Maar snaartheorie geeft een veel natuurlijkere verklaring van generaties, in termen van de geometrie van de verdichting. Er is geen echte motivatie voor onderbouw, ook al speculeren mensen.

Reacties

• @BT en Ron: ik ‘ heb de reacties verplaatst naar een chatroom , dus als jullie twee echt in deze geest willen doorgaan, doe het dan daar, maar beschouw dit als een herinnering dat onbeschoftheid (zoals geïllustreerd door een paar van de ontroerde opmerkingen ) is niet acceptabel op deze site.

Het standaard algemene antwoord is om ze als fundamenteel te beschouwen. Een ander standaard, maar niet algemeen antwoord, is dat we generiek “preons” noemen voor de hypothetische componenten van quarks en leptonen. De meest beproefde preon-theorie is Harari-Shupe, ook wel “ rishon-theorie ” genoemd, maar er zijn er nog meer.

Zonder preons zou snaartheorie ook een antwoord kunnen zijn, maar niet in de zin van uw vraag; quarks en leptonen zouden equivalent zijn aan sommige stringtoestanden, dus niet “gemaakt van”, maar “hetzelfde als”. Evenzo wordt in de Kaluza Klein-theorie verwacht dat de quarks en leptonen speciale toestanden van de verdichte theorie zijn. Dit is natuurlijk weer de mainstream. Theoretici hebben ook modellen voorgesteld waarin de staten Rishons zijn.

In de middenweg zou je de theorieën kunnen hebben die voorstellen om quarks en leptonen te produceren uit geometrie. Deze theorieën maken zich meestal veel zorgen over de zwaartekracht.

Als laatste heb je de niet-standaard theorieën. Ik heb er zelf een, de sBootstrap, en ongetwijfeld zullen sommige andere mensen van plan zijn je te antwoorden door hun favoriete theorie voor te stellen.

Opmerkingen

• Hoewel het leuk is om een naam te hebben voor de hypothetische bestanddelen van quarks, is het enige bruikbare doel tot nu toe de zin ” De experimentele limiet voor het bestaan van preons … ” . Het is een beetje optimistisch om te spreken over een ” gevestigde ” -theorie zonder een vleugje bewijs.
• Downvoted: De enige theorieën die u hebt genoemd die echte steun hebben onder natuurkundigen, zijn het standaardmodel en de snaartheorie. De standaardmodus beschouwt quarks en leptonen als elementaire puntdeeltjes zonder bestanddelen. Snaartheorie beschouwt ze als trillende snaren, wederom zonder interne bestanddelen. Al het andere dat je noemde is in wezen slechts hypothetische speculatie en geen echte constructieve serieuze natuurkundetheorie die voorspellingen kan doen.
• Nou, je kunt je voorstellen dat snaren zijn gemaakt van snaren, een constructie die populair is bij Charles Thorn, die promootte het. Net als kralen in een ketting, kunt u hun interacties zo ontwerpen dat hun gebonden staten fysiek equivalent zijn aan strings wanneer u ‘ klaar bent. In elk geval is de vraag niet ‘ t precies diep. Het ‘ is niet altijd waar dat dingen zijn gemaakt van iets fundamenteler en het ‘ is duidelijk dat wanneer we bij de Planck komen ( fundamentele) schaal (of daarvoor), elke verdere ” samenstelling van nieuwe dingen ” moet eindigen omdat er ‘ mogen geen dingen zijn die kleiner zijn dan de Planck-schaal.
• Maar laat ‘ s opmerken dat je kunt preon-modellen in de snaartheorie inbouwen. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, ja ik zeg ” niet mainstream “. Ik denk dat mijn formulering zorgvuldig genoeg is geweest, maar veroorzaakt het woord ” vastgemaakt ” echt een dergelijke verwarring, zelfs met een ” aantoonbaar ” en een ” niet mainstream ” opmerking in dezelfde paragraaf? Denk je dat het antwoord niet bruikbaar is? Ook begrijp ik niet dat deze theorieën niet constructief zijn en geen voorspellingen doen. Verwar je ze met degenen die ik ” niet-standaard ” noem, meestal niet in gerefereerde tijdschriften?

Laat me eerst benadrukken dat niemand zeker weet wat hij kan verwachten als we zoeken naar kleinere en kleinere afstanden (of bij hogere energieën) de tot nu toe als elementair beschouwde elementaire velden: het elektron ( $ e ^ – $ ), het elektronenneutrino ( $ \ nu_e $ ), de up-quark ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ), en de down-quark ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), samen met hun tweede en derde generatie, de enorme $ W ^ {+/-} $ en de $ Z ^ 0 $ (de krachtdragers van de zwakken kracht), de Higgs (verklaart massa) en de hypothetische superzware X- en Y-bosonen , die (volgens de theorie ) stellen het proton in staat te vervallen en hebben een elektrische lading van $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Een zeer plausibele gok staat echter in Hararis Rishon -theorie (die al is genoemd in een eerder antwoord), die alle reacties tussen elementaire velden (behalve degene die betrekking hebben op het Higgs-veld). Met slechts twee elementaire velden, de T -rishon, en de V-rishon, kan een preon-theorie “niet zuiniger worden (het is onmogelijk om de tot nu toe bekende elementaire velden te construeren uit slechts één veld). Dit is zeker eleganter dan de veelheid van elementaire deeltjes die tegenwoordig heerst. Ik noem “elegantie” omdat sommige natuurkundigen dit beschouwen als een argument voor nieuwe ideeën (trouwens, Ik niet).

Andere argumenten voor deze theorie:

• Het verval van het proton wordt uitgelegd v heel gemakkelijk:

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

• De theorie stelt dat de hoeveelheid materie gelijk is aan de hoeveelheid antimaterie

• Volgens de Rishon-theorie is de zwakke kracht niet “een fundamentele kracht”, net als de “oude” sterke kracht waarvan ooit werd gedacht dat deze werd overgedragen door de pion (te vergelijken met de $ W ^ {+/-} $ of de $ Z ^ 0 $ ) bleek een restkracht te zijn, en de fundamentele het is nu bekend dat sterke kracht wordt overgebracht door massaloze gluonen.

Het Higgs-veld (en) heeft geen plaats in deze theorie, wat een grote erfenis lijkt omdat ze mogelijk zijn ontdekt. Er wordt gezegd dat hierdoor alle elementaire velden geen massa zullen hebben. Beide rishons zijn massaloos, maar als ze gebonden staten vormen (de enige staat waarin ze zich kunnen bevinden), dan is de kracht (die wordt overgebracht door hyperkleurige gluonen) tussen hen misschien zo groot dat ze kunnen (ondanks de snelheid van het licht waarin ze reizen). met) bij elkaar blijven en enorme velden vormen. Zo ja, wat te doen met het Higgs-veld? Misschien kunnen we in dat geval deze economische theorie gebruiken om het bestaan van dit verdomde deeltjesveld te ontkrachten. Zoals ik in de opmerking hieronder schreef:

Voor mij is het Higgs-mechanisme een nogal kunstmatige constructie en daarom ben ik geneigd te zeggen dat het bewijs want de Higgs is besmet. Men kan dus de Rishon-theorie gebruiken om het bestaan van het Higgs-veld te weerleggen.

Opmerkingen

• Wat is het bewijs dat het ontdekte deeltje in feite het Higgs-deeltje was? Is de Higgs-interactie misschien waargenomen of is de vacuümverwachtingswaarde direct gemeten?
• In het licht van de Rishon-theorie Ben ik ‘ geneigd nee te zeggen, en dat het bewijs voor de Higgs alleen bestaat in de hoofden van degenen die vasthouden aan het idee dat een Higgs-deeltje Voor mij is het Higgs-mechanisme een nogal kunstmatige constructie en daarom ben ik ‘ geneigd te zeggen dat het bewijs voor de Higgs besmet is. Men kan dus de Rishon-theorie gebruiken om weerleg het bestaan ce van de Higgs.
• Dus geen throwback.
• In mijn ogen is er inderdaad geen throwback (hoewel ik het schreef) omdat ik ‘ m ervan overtuigd dat de theorie op de goede weg is.
• De elektrozwakke eenwording lijkt onnatuurlijk en problematisch. De elektromagnetische kracht is heel duidelijk gebaseerd op U (1) en er is verder niets nodig.Als de theorie van de zwakke kracht niet alleen kan overleven, hebben we misschien gewoon een betere zwakke theorie nodig in plaats van eenmaking. En als we deze eenwording laten vallen, wordt het misschien duidelijk dat er helemaal geen eenmaking van iets nodig is. Krachten kunnen perfect zelfstandig bestaan zonder zich voor te doen als verre verwanten.

Waar zijn quarks van gemaakt?

We weten niet waaruit quarks bestaan, het is misschien dat we hier op de bodem geraakt, of die verdere structuur moet nog worden ontdekt.

Tot dusver waren de resultaten van de LHC bij het ontdekken van verdere structuur – afgezien van de ontdekking van het Higgs-deeltje – niet bemoedigend. Misschien is onze huidige technologische capaciteit gewoon niet toereikend.

Bedenk dat de klassieke mechanica nieuw leven werd ingeblazen toen Galileo door een telescoop naar de nachtelijke hemel keek, en de theorie van de straling van zwarte lichamen met behulp van de toenmalige thermodynamische theorie van Boltzmann leverde resultaten op die in strijd waren met het experiment en leidde ertoe dat Planck introductie van de atoomhypothese in energie, dwz de kwantumhypothese.

Misschien zullen we gewoon moeten wachten op verder technologisch vernuft voordat we de fysica buiten de SM op de juiste manier kunnen aanpakken, en dit zo te zien, kan even wachten.

Een van de belangrijkste huidige kanshebbers om quarks uit te leggen is de snaartheorie; in feite ontstond de snaartheorie voor het eerst als een theorie van de sterke kracht als een soort fluxbuis die quarks met elkaar verbond ; er moet worden opgemerkt, zoals alle grote beoefenaars van de theorie waarschuwen, dat deze theorie zeer speculatief is, zoals men zou moeten verwachten wanneer we zo ver verwijderd zijn van een regime dat direct toegankelijk is voor experimenten.