Do que são feitos os quarks?

Não consigo resistir a esta frase de mamãe ganso:

Do que são feitos os meninos?

Do que são feitos os meninos?

Sapos e caracóis,

E “caudas dos cachorrinhos;

É disso que os meninos são feitos de.

Do que são feitas as meninas?

Do que são feitas as meninas?

Açúcar e especiarias,

E todos isso “é bom;

É disso que as meninas são feitas.

Você declara:

Portanto, os átomos são formados a partir de prótons e nêutrons, que são formados a partir de quarks. e pergunte: Mas de onde vêm esses quarks? O que os torna?

Como sabemos que os átomos são formados a partir de prótons e nêutrons? Temos espalhamento inelástico profundo que mostrou que os átomos têm um núcleo duro, então eles não são uma matéria uniformemente distribuída. Depois, temos a tabela periódica de elementos que se organiza bem contando prótons e nêutrons.

Como sabemos que prótons e nêutrons são formados a partir de quarks? Temos os resultados de experimentos meticulosos que nos mostraram mais uma vez que o espalhamento inelástico profundo mostra um núcleo duro dentro dos prótons e nêutrons. O estudo dos produtos de interação organizou as partículas e ressonâncias no que agora é chamado de modelo padrão , um agrupamento em famílias que têm correspondência um a um com a hipótese de que os hadrons (ressonâncias de nêutrons de prótons) são compostos de quarks.

Mas não só. Eles também têm glúons que mantêm os quarks unidos devido à forte interação, e os glúons foram vistos experimentalmente , novamente com experimentos de dispersão.

É aqui que estamos agora. O LHC está espalhando prótons em prótons, ou seja, quarks em quarks com energias muito mais altas do que antes, e estamos esperando pelos resultados. A interpretação teórica chamada de Modelo Padrão, tão bem-sucedida em energias mais baixas, pressupõe que os quarks sejam elementares. Devido às trocas de glúons, é difícil ver como um núcleo duro pode aparecer no espalhamento do quark quark para levar a cebola um nível abaixo, ou seja, diga-nos que os quarks têm um núcleo.

Mesmo no espalhamento do quark neutrino os glúons interferirão, se a teoria SM estiver correta em altas energias. No momento, não há indicação experimental de que os quarks não sejam elementares.

A natureza, no entanto, já nos surpreendeu antes, e pode fazê-lo novamente, uma vez que experimentos de espalhamento de quarks de lepton de alta energia sejam projetados e realizados no futuro . Acho que Feynman tinha dito: “para ver do que é feito um relógio, não jogue um relógio em outro relógio e conte as marchas voando. Basta uma chave de fenda”. Os léptons com suas interações fracas são o equivalente a uma chave de fenda.

Os quarks provavelmente não são compostos de nada mais fundamental. A ideia de que tudo deve ser feito de outra coisa não é verdade. A luz não é feita de mais nada, nem a gravidade. Era óbvio que os átomos tinham coisas internas acontecendo, porque eles são eletricamente neutros e, ainda assim, espalham luz em frequências mágicas definidas. Nêutrons e prótons traíram sua estrutura não elementar por causa de seus momentos magnéticos e espalhamento muito forte em curtas distâncias. Geralmente é óbvio quando uma partícula é composta.

Os quarks, por outro lado, junto com os elétrons, luz, gravidade e os glúons e bósons W e Z, são perfeitamente elementares, no sentido que suas interações são bem descritas por uma teoria quântica de campos renormalizável. Se eles não são elementares, é provavelmente em uma escala onde se revela ser uma excitação da teoria das cordas, um buraco negro quântico.

Os modelos de férmions de modelo padrão composto foram interessantes porque poderiam explicar o fenômeno de gerações, as famílias de modelos padrão repetidos. Mas a teoria das cordas dá uma explicação muito mais natural das gerações, em termos da geometria da compactação. Não há motivação real para a subestrutura, embora as pessoas especulem.

Comentários

• @BT e Ron: Eu ‘ movi os comentários para uma sala de bate-papo , então se vocês dois realmente querem continuar nesse estilo, façam lá, mas considere isso um lembrete de grosseria (como exemplificado por alguns dos comentários movidos ) não é aceitável neste site.

A resposta comum padrão é considerá-los como fundamentos. Outra resposta padrão, mas não dominante, é que chamamos genericamente de “preons” para os componentes hipotéticos de quarks e leptons. A teoria -discutivelmente- preônica mais estabelecida é Harari-Shupe, às vezes chamada de “ teoria rishon “, mas há outras.

Sem os preons, a teoria das cordas também poderia ser uma resposta, mas não na linha de sua pergunta; quarks e leptons seriam equivalentes a alguns estados de string, portanto não “feito de”, mas “igual a”. Da mesma forma, na teoria de Kaluza Klein: espera-se que os quarks e léptons sejam estados especiais da teoria compactada. Claro, novamente, este é o mainstream. Os teóricos também propuseram modelos onde os estados são Rishons.

No meio do caminho, você poderia ter as teorias que propõem produzir quarks e leptons fora da geometria. Essas teorias geralmente se preocupam muito com a gravidade.

Por último, você tem as teorias não padronizadas. Eu mesmo tenho um deles, o sBootstrap, e sem dúvida algumas outras pessoas vão querer responder propondo sua teoria favorita.

Comentários

• Embora seja bom ter um nome para os constituintes hipotéticos dos quarks, o único propósito útil ainda é em frases como ” O limite experimental da existência de preons … ” . Falar de uma teoria ” estabelecida ” na ausência de um indício de evidência é um pouco otimista.
• Votos negativos: as únicas teorias que você mencionou que têm algum apoio real entre os físicos são o modelo padrão e a teoria das cordas. O modo padrão considera quarks e leptons como partículas pontuais elementares sem constituintes. A teoria das cordas as considera como cordas vibrantes, novamente sem constituintes internos. Tudo o mais que você mencionou é essencialmente apenas especulação hipotética e não uma teoria física séria e construtiva que pode fazer previsões.
• Bem, você pode imaginar que as cordas são feitas de pedaços de cordas, uma construção popular com Charles Thorn, que promoveu. Como contas em uma corrente, você pode projetar suas interações de modo que seus estados vinculados sejam fisicamente equivalentes a strings quando ‘ terminar. De qualquer forma, a questão não é ‘ exatamente profunda. ‘ nem sempre é verdade que as coisas são feitas de algo mais fundamental e ‘ fica claro que quando chegarmos ao Planck ( escala fundamental) (ou antes disso), qualquer ” composição de coisas novas ” tem que terminar porque pode ‘ t ser coisas menores do que a escala de Planck.
• Ainda assim, vamos ‘ notar que você pode incorporar modelos preon na teoria das cordas. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, sim, eu digo ” não convencional “. Acho que minha redação foi cuidadosa o suficiente, mas a palavra ” estabelecida ” realmente induz tal confusão, mesmo com um ” possivelmente ” e uma observação ” não convencional ” no mesmo parágrafo? Você acha que a resposta não é útil? Além disso, não entendo como essas teorias não são construtivas e não fazem previsões. Você está os confundindo com aqueles que chamo de ” não padrão “, geralmente não em periódicos avaliados?

Primeiro, deixe-me enfatizar que ninguém sabe o que esperar com certeza quando testamos em menores e distâncias menores (ou com energias mais altas) até agora como campos elementares considerados elementares: o elétron ( $ e ^ – $ ), o neutrino do elétron ( $ \ nu_e $ ), o quark up ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ), e o quark down ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), junto com sua segunda e terceira geração, o massivo $ W ^ {+/-} $ e os $ Z ^ 0 $ (os portadores da força dos fracos força), o Higgs (explicando a massa) e o hipotético superpesado Bósons X e Y , que (de acordo com o teoria ) permite que o próton decaia e tem uma carga elétrica de $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

Uma suposição muito plausível, entretanto, está contida em Harari “s Teoria de Rishon (que já foi mencionada em uma resposta anterior), que pode ser responsável por todos reações entre campos elementares (exceto aqueles que envolvem o campo de Higgs). Com apenas dois campos elementares, o T -rishon, e o V-rishon, uma teoria preônica não pode ser mais econômica (é impossível construir os campos elementares até agora conhecidos com apenas um campo). Isso é certamente mais elegante do que a variedade de partículas elementares que prevalece hoje em dia. Chamo “elegância” porque alguns físicos consideram isso um argumento a favor de novas ideias (a propósito, Eu não).

Outros argumentos a favor desta teoria:

• O decaimento do próton é explicado v facilmente:

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

• A teoria afirma que a quantidade de matéria é igual à quantidade de antimatéria

• De acordo com a teoria de Rishon, a força fraca não é “fundamental, assim como a” velha “força forte que se pensava ser transmitida pelo píon (para ser comparada com o $ W ^ {+/-} $ ou o $ Z ^ 0 $ ) acabou sendo uma força residual, e o fundamental força forte agora é conhecida por ser transmitida por glúons sem massa.

O (s) campo (s) de Higgs tem nenhum lugar nesta teoria, que parece um retrocesso importante, uma vez que podem ter sido descobertos. Diz-se que por causa disso todos os campos elementares não terão massa. Ambos os rishons não têm massa, mas quando eles formam estados limitados (o único estado em que podem estar), então talvez a força (aquela transmitida por glúons hiper coloridos) entre eles seja tão grande quanto eles podem (apesar da velocidade da luz que eles viajam com) permanecer juntos e formar campos enormes. Em caso afirmativo, o que fazer com o campo de Higgs? Bem, talvez, nesse caso, possamos usar essa teoria econômica para refutar a existência desse maldito campo de partículas. Como escrevi no comentário abaixo:

Para mim, o mecanismo de Higgs é uma construção bastante artificial e, portanto, estou inclinado a dizer que a evidência pois o Higgs está contaminado. Portanto, pode-se usar a teoria de Rishon para refutar a existência do campo de Higgs.

Comentários

• Qual é a evidência de que a partícula descoberta era realmente o bóson de Higgs? A interação de Higgs foi observada talvez ou o valor de expectativa do vácuo medido diretamente?
• À luz da teoria de Rishon , Eu ‘ estou inclinado a dizer não, e que a prova para o Higgs existe apenas nas mentes daqueles que aderem à ideia de que uma partícula de Higgs existe. Para mim, o mecanismo de Higgs é uma construção bastante artificial e, portanto, ‘ estou inclinado a dizer que a evidência para o Higgs está contaminada. Portanto, pode-se usar a teoria de Rishon para refutar a existência ce do Higgs.
• Portanto, não há retrocesso.
• A meu ver, não há realmente retrocesso (embora eu o tenha escrito) porque eu ‘ estou convencido de que a teoria está no caminho certo.
• A unificação eletrofraca parece antinatural e problemática. A força eletromagnética é baseada em U (1) muito claramente, sem mais nada necessário.Se a teoria da força fraca não pode sobreviver por conta própria, talvez precisemos apenas de uma teoria fraca melhor em vez de unificação. E se abandonarmos essa unificação, então talvez fique claro que nenhuma unificação de nada é necessária. As forças podem existir perfeitamente por si mesmas, sem fingir ser parentes distantes.

Do que são feitos os quarks?

Não sabemos do que os quarks são feitos, talvez tenhamos tocou no fundo aqui, ou aquela estrutura adicional ainda está para ser descoberta.

Até agora, os resultados do LHC em descobrir mais estruturas – além da descoberta do bóson de Higgs – não têm sido encorajadores. Pode ser que nossa capacidade tecnológica atual simplesmente não esteja à altura.

Lembre-se de que a mecânica clássica foi revigorada quando Galileu olhou através de um telescópio para o céu noturno, e a teoria da radiação de corpo negro usando a então teoria termodinâmica de Boltzmann deu resultados divergentes com o experimento e levou a Planck “s introdução da hipótese atômica na energia, ou seja, a hipótese quântica.

Talvez nós simplesmente tenhamos que esperar por mais engenhosidade tecnológica antes de podermos abordar adequadamente a física além do SM, e isso pelo que parece, pode ser um pouco de espera.

No entanto, um dos principais candidatos atuais para explicar os quarks é a teoria das cordas; na verdade, a teoria das cordas surgiu pela primeira vez como uma teoria da força forte como um tipo de tubo de fluxo que conectava os quarks ; deve ser apontado, como todos os principais praticantes da teoria alertam, que esta teoria é altamente especulativa, como se deveria esperar quando estamos tão longe de um regime que é diretamente acessível para experimentar.