Z czego są zrobione kwarki?

Nie mogę się oprzeć temu cytatowi z gęsi:

Z czego są zrobieni mali chłopcy?

Z czego są zrobieni mali chłopcy?

Żaby i ślimaki,

I ogony szczeniaczków;

Tak właśnie powstają mali chłopcy z.

Z czego zrobione są małe dziewczynki?

Z czego zrobione są małe dziewczynki?

Cukier i przyprawy

I wszystko to jest miłe;

Z tego właśnie są zrobione małe dziewczynki.

Twierdzisz:

A więc atomy powstają z protonów i neutronów, które są utworzone z kwarków. i zapytaj: ale skąd pochodzą te kwarki? Co je tworzy?

Skąd wiemy, że atomy powstają z protonów i neutronów? Mamy głębokie nieelastyczne rozproszenia , które pokazały, że atomy mają twardy rdzeń, więc nie są materią rozłożoną równomiernie. Następnie mamy układ okresowy pierwiastków, który dobrze się organizuje, licząc protony i neutrony.

Skąd wiemy, że protony i neutrony powstają z kwarków? Mamy wyniki żmudnych eksperymentów, które po raz kolejny pokazały nam, że głębokie nieelastyczne rozpraszanie ukazuje twardy rdzeń wewnątrz protonów i neutronów. Badanie produktów interakcji uporządkowało cząstki i rezonanse w tak zwany model standardowy , grupujący w rodziny , które mają związek jeden do jednego z hipotezą, że hadrony (rezonanse protonów neutronów) składają się z kwarków.

Ale nie tylko. Mają także gluony, które utrzymują kwarki razem z powodu silnego oddziaływania, a gluony były widziane eksperymentalnie , ponownie w eksperymentach z rozpraszaniem.

Tutaj jesteśmy teraz. LHC rozprasza protony na protonach, tj. Kwarkach na kwarkach przy znacznie wyższych energiach niż kiedykolwiek wcześniej, i czekamy na wyniki. Teoretyczna interpretacja zwana modelem standardowym, tak skuteczna przy niższych energiach, zakłada, że kwarki są elementarne. Ze względu na wymianę gluonów trudno jest dostrzec, jak twardy rdzeń mógłby pojawić się w rozpraszaniu kwarków, aby obniżyć cebulę o jeden poziom, tj. Powiedzieć nam, że kwarki mają rdzeń.

Nawet w przypadku rozpraszania kwarków neutrinowych gluony będą interferować, jeśli teoria SM jest poprawna przy wysokich energiach. W tej chwili nie ma żadnych dowodów doświadczalnych, że kwarki nie są elementarne.

Jednak natura zaskoczyła nas już wcześniej i może zrobić to ponownie, gdy zostaną zaprojektowane i przeprowadzone w przyszłości eksperymenty z rozpraszaniem kwarków leptonowych o wysokiej energii. . Myślę, że Feynman powiedział: „żeby zobaczyć, z czego zrobiony jest zegarek, nie rzuca się jednego zegarka na inny i nie liczy wylatujących biegów. Jeden bierze śrubokręt”. Leptony ze swoimi słabymi interakcjami są odpowiednikiem śrubokręta.

Kwarki prawdopodobnie nie są zbudowane z niczego bardziej fundamentalnego. Idea, że wszystko musi być zrobione z czegoś innego, nie jest prawdą. Światło nie składa się z niczego innego, podobnie jak grawitacja. Było oczywiste, że w atomach zachodzi wewnętrzny materiał, ponieważ są one elektrycznie neutralne, a mimo to rozpraszają światło na określonych magicznych częstotliwościach. Neutrony i protony zdradziły swoją nieelementarną strukturę z powodu ich momentów magnetycznych i zbyt silnego rozpraszania na krótkich dystansach. Zwykle jest to oczywiste, gdy cząstka jest złożona.

Z drugiej strony kwarki, wraz z elektronami, światłem, grawitacją i gluonami oraz bozonami W i Z, są całkowicie elementarne w tym sensie że ich interakcje są dobrze opisane przez renormalizowalną kwantową teorię pola. Jeśli nie są elementarne, to prawdopodobnie w skali, w której okazuje się, że są wzbudzeniem teorii strun, kwantową czarną dziurą.

Modele złożonych fermionów z modelu standardowego były interesujące, ponieważ mogły wyjaśnić zjawisko pokolenia, powtarzające się rodziny modeli standardowych. Jednak teoria strun daje o wiele bardziej naturalne wyjaśnienie pokoleń, jeśli chodzi o geometrię zwartości. Nie ma prawdziwej motywacji do podbudowy, mimo że ludzie spekulują.

Komentarze

• @BT i Ron: I ' przeniosłem komentarze do czat , więc jeśli naprawdę chcecie dalej iść w tym kierunku, zrób to tam, ale potraktuj to jako przypomnienie, że niegrzeczność (czego przykładem jest kilka przeniesionych komentarzy ) jest nie do przyjęcia w tej witrynie.

Standardową odpowiedzią w głównym nurcie jest traktowanie ich jako podstaw. Inną standardową odpowiedzią, ale nie z głównego nurtu, jest to, że ogólnie nazywamy „preonami” hipotetycznymi składowymi kwarków i leptonów. Najbardziej ugruntowaną – niezaprzeczalnie – teorią preon jest Harari-Shupe, czasami określana jako „ teoria riszona ”, ale są też inne.

Bez preonów teoria strun mogłaby być również odpowiedzią, ale nie w linii twojego pytania; kwarki i leptony byłyby równoważne niektórym stanom struny, a więc nie „zrobione z”, ale „takie same jak”. Podobnie w teorii Kaluzy Kleina: oczekuje się, że kwarki i leptony będą specjalnymi stanami teorii zwartej. Oczywiście znowu jest to główny nurt. Teoretycy zaproponowali również modele, w których stanami są Riszony.

Środkową drogą można by mieć teorie, które proponują wytwarzanie kwarków i leptonów z geometrii. Te teorie zwykle bardzo martwią się o grawitację.

Na koniec mamy teorie niestandardowe. Ja sam mam jedną z nich, sBootstrap, i bez wątpienia kilka innych osób zechce ci odpowiedzieć, przedstawiając swoją ulubioną teorię.

Komentarze

• Chociaż miło jest mieć nazwę dla hipotetycznych składników kwarków, jedynym użytecznym celem jest jak dotąd zdanie takie jak ” Eksperymentalny limit istnienia wcześniaków … ” . Mówienie o ” ustalonej ” teorii bez śladu dowodu jest trochę optymistyczne.
• Negatywne: jedyne teorie, o których wspomniałeś, a które mają realne poparcie wśród fizyków, to model standardowy i teoria strun. Tryb standardowy traktuje kwarki i leptony jako elementarne cząstki punktowe bez składników. Teoria strun traktuje je jako wibrujące struny, znowu bez wewnętrznych składników. Wszystko inne, o czym wspomniałeś, jest zasadniczo tylko hipotetyczną spekulacją, a nie prawdziwą konstruktywną, poważną teorią fizyki, która może przewidywać.
• Cóż, możesz sobie wyobrazić, że struny są wykonane z kawałków struny, konstrukcja popularna wśród Charlesa Thorna, który promować to. Podobnie jak koraliki w łańcuchu, możesz zaprojektować ich interakcje tak, aby ich stany związane były fizycznie równoważne łańcuchom, gdy ' skończysz. W każdym razie pytanie nie jest ' zbyt głębokie. ' nie zawsze jest prawdą, że rzeczy są zrobione z czegoś bardziej fundamentalnego i ' jest jasne, że kiedy docieramy do Planck ( fundamentalna) skali (lub wcześniej), każda dalsza ” złożoność z nowych rzeczy ” musi się skończyć, ponieważ może ' nie będzie mniejszy niż skala Plancka.
• Mimo wszystko, ' zwróć uwagę, że nie możesz osadzić modele preon w teorii strun. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, tak, mówię ” nie mainstream „. Myślę, że moje sformułowanie jest wystarczająco ostrożne, ale czy słowo ” ustabilizowane ” naprawdę wprowadza takie zamieszanie, nawet w przypadku ” prawdopodobnie ” i ” spoza głównego nurtu ” w tym samym paragrafie? Czy uważasz, że odpowiedź nie jest przydatna? Nie rozumiem też, dlaczego te teorie nie są konstruktywne i nie pozwalają przewidywać. Czy mylisz je z tymi, które nazywam ” niestandardowymi „, których zwykle nie ma w recenzowanych czasopismach?

Po pierwsze, pozwolę sobie podkreślić, że nikt nie wie, czego się na pewno spodziewać, gdy badamy mniejsze i na mniejsze odległości (lub przy wyższych energiach) dotychczas rozważane jako elementarne pola elementarne: elektron ( $ e ^ – $ ), neutrino elektronowe ( $ \ nu_e $ ), the up-quark ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ) i kwark dolny ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), wraz z drugą i trzecią generacją, masywny $ W ^ {+/-} $ i $ Z ^ 0 $ (nośniki siły słabych siła), Higgsa (wyjaśniająca masę) i hipotetyczny superciężki bozony X i Y , które (zgodnie z teoria ) umożliwia rozpad protonu i ma ładunek elektryczny $ + \ frac {4} {3} $ odp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Bardzo prawdopodobny przypuszczenie zawiera jednak Harari „s Rishon (o której wspomniano już w poprzedniej odpowiedzi), która może wyjaśnić wszystkie reakcji między polami elementarnymi (z wyjątkiem tych, które obejmują pole Higgsa). Przy tylko dwóch polach elementarnych, T -rishon i V-rishon, teoria preonów nie może stać się bardziej ekonomiczna (niemożliwe jest skonstruowanie znanych dotychczas pól elementarnych z zaledwie jednego ). Jest to z pewnością bardziej eleganckie niż różnorodność cząstek elementarnych, które panują obecnie. Nazywam „elegancją”, ponieważ niektórzy fizycy uważają to za argument przemawiający za nowymi pomysłami (nawiasem mówiąc, Nie).

Inne argumenty przemawiające za tą teorią:

• Rozpad protonu wyjaśniono v bardzo łatwo:

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

• Teoria mówi, że ilość materii jest równa ilości antymaterii

• Zgodnie z teorią Rishona, słaba siła nie jest „tą fundamentalną”, tak jak „stara” silna siła, o której kiedyś sądzono, że jest przenoszona przez pion (w porównaniu z $ W ^ {+/-} $ lub $ Z ^ 0 $ ) okazały się siłą resztkową, a fundamentalna obecnie wiadomo, że duża siła jest przenoszona przez bezmasowe gluony.

Pole (pola) Higgsa ma nie ma miejsca w tej teorii, co wydaje się być dużym powrotem wstecz, ponieważ mogły zostały odkryte. Mówi się, że z tego powodu wszystkie pola elementarne nie będą miały masy. Oba riszony są bezmasowe, ale kiedy tworzą stany związane (jedyny stan, w jakim mogą się znajdować), to być może siła (ta przenoszona przez hiperkolorowe gluony) między nimi jest tak duża, że mogą (pomimo prędkości światła, które podróżują z) pozostają razem i tworzą ogromne pola. Jeśli tak, co zrobić z polem Higgsa? Cóż, może w takim przypadku możemy użyć tej teorii ekonomicznej, aby obalić istnienie tego przeklętego pola cząstek. Jak napisałem w komentarzu poniżej:

Dla mnie mechanizm Higgsa jest raczej sztuczną konstrukcją i dlatego jestem skłonny powiedzieć, że dowody ponieważ Higgs jest zanieczyszczony. Można więc użyć teorii Rishona, aby obalić istnienie pola Higgsa.

Komentarze

• Jakie są dowody na to, że odkryta cząstka była w rzeczywistości bozonem Higgsa? Czy zaobserwowano interakcję Higgsa lub bezpośrednio zmierzono wartość oczekiwanej próżni?
• W świetle teorii Rishona , ' jestem skłonny powiedzieć nie, i że dowód na Higgsa istnieje tylko w umysłach tych, którzy wyznają ideę , że cząstka Higgsa istnieje. Dla mnie mechanizm Higgsa jest raczej sztucznym konstruktem i dlatego ' skłaniam się do stwierdzenia, że dowody na istnienie Higgsa są zanieczyszczone. Można więc użyć teorii Rishona do odrzucaj istnienie ce Higgsa.
• Więc nie ma powrotu.
• W moich oczach rzeczywiście nie ma przeszłości (chociaż to napisałem), ponieważ ' m przekonany, że teoria jest na dobrej drodze.
• Zjednoczenie elektrosłabe wydaje się nienaturalne i problematyczne. Siła elektromagnetyczna jest bardzo wyraźnie oparta na U (1) i nic więcej nie jest potrzebne.Jeśli teoria słabej siły nie może sama przetrwać, być może potrzebujemy po prostu lepszej słabej teorii zamiast unifikacji. A jeśli porzucimy to zjednoczenie, być może stanie się jasne, że zjednoczenie niczego w ogóle nie jest potrzebne. Siły mogą doskonale istnieć same bez udawania odległych krewnych.

Z czego są zrobione kwarki?

Nie wiemy, z jakich kwarków są zbudowane, być może dotykał tutaj dna lub ta dalsza struktura nie została jeszcze odkryta.

Jak dotąd wyniki LHC w odkrywaniu dalszej struktury – poza odkryciem bozonu Higgsa – nie są zachęcające. Być może nasze obecne możliwości technologiczne po prostu nie są na najwyższym poziomie.

Przypomnijmy, że mechanika klasyczna została ożywiona, gdy Galileo spojrzał przez teleskop na nocne niebo, a teoria promieniowania ciała doskonale czarnego, wykorzystująca ówczesną termodynamiczną teorię Boltzmanna, dała wyniki niezgodne z eksperymentem i skłoniło Plancka wprowadzenie hipotezy atomowej do energii, czyli hipotezy kwantowej.

Być może będziemy musieli po prostu poczekać na dalszą pomysłowość technologiczną, zanim będziemy mogli właściwie odnieść się do fizyki poza SM, a to z wyglądu, może trochę poczekać.

Jednak jednym z głównych pretendentów do wyjaśnienia kwarków jest teoria strun; w rzeczywistości teoria strun powstała jako teoria siły silnej jako rodzaj rury strumieniowej, która łączyła kwarki ; należy zwrócić uwagę, jak ostrzegają wszyscy główni praktykujący teorię, że ta teoria jest wysoce spekulatywna, czego należałoby się spodziewać, gdy jesteśmy tak daleko od reżimu, który jest bezpośrednio dostępny do eksperymentowania.