Vad är kvarkar av?

Jag kan inte motstå det här gåscitatet:

Vad är små pojkar gjorda av?

Vad är små pojkar gjorda av?

Grodor och sniglar,

Och valphundar ”svansar;

Det är vad små pojkar är av.

Vad är små flickor gjorda av?

Vad är små flickor gjorda av?

Socker och kryddor,

Och allt det är trevligt;

Det är det som små flickor är gjorda av.

Du säger:

Så atomer bildas av protoner och neutroner, som bildas av kvarker. och fråga: Men var kommer dessa kvarker ifrån? Vad gör dem?

Hur vet vi att atomer bildas av protoner och neutroner? Vi har djupa oelastiska spridningar som visade att atomerna har en hård kärna, så de är inte en enhetligt fördelad materia. Sedan har vi det periodiska elementet som organiserar sig väl räknar protoner och neutroner.

Hur vet vi att protoner och neutroner bildas av kvarker? Vi har resultaten från noggranna experiment som ännu en gång visade oss att djup oelastisk spridning visar en hård kärna inuti protonerna och neutronerna. Studien av interaktionsprodukterna organiserade partiklarna och resonanser i det som nu kallas standardmodellen , en gruppering i familjer som har en till en korrespondens med hypotesen att hadronerna (protonneutronresonanser) är sammansatta av kvarker.

Men inte bara. De har också gluoner som håller kvarkerna ihop på grund av den starka interaktionen, och gluonerna har sett experimentellt , igen med spridningsexperiment.

Det är här vi är nu. LHC sprider protoner på protoner, dvs kvarkar på kvarker vid mycket högre energier än någonsin tidigare, och vi väntar på resultat. Den teoretiska tolkningen som kallas standardmodellen, så framgångsrik vid lägre energier förutsätter att kvarkerna är elementära. På grund av gluonutbytena är det svårt att se hur en hård kärna kan uppträda i kvarkkvarkspridning för att ta löken en nivå lägre, dvs berätta för oss att kvarkerna har en kärna.

Även i neutrino-kvarkspridning gluonerna kommer att störa om SM-teorin är korrekt vid höga energier. För tillfället finns det ingen experimentell indikation på att kvarkerna inte är elementära.

Naturen har dock överraskat oss tidigare, och kanske gör det igen, när högeffektiva leptonkvarkspridningsexperiment designas och genomförs i framtiden . Feynman tror jag hade sagt: ”att se vad en klocka är gjord av man slänger inte en klocka på en annan klocka och räknar växlarna som flyger. Man tar en skruvmejsel”. Leptoner med sina svaga interaktioner motsvarar skruvmejseln.

Quarks är förmodligen inte gjorda av något mer grundläggande. Tanken att allt måste göras av något annat är inte sant. Ljuset består inte av något annat, inte heller tyngdkraften. Att atomer hade interna saker pågår var uppenbart, eftersom de är elektriskt neutrala och ändå sprider ljus vid bestämda magiska frekvenser. Neutroner och protoner förrådde sin icke-elementära struktur på grund av deras magnetiska ögonblick och för stark spridning på korta avstånd. Det är vanligtvis uppenbart när en partikel är sammansatt.

Quarks, å andra sidan, tillsammans med elektronerna, ljuset, tyngdkraften, och gluonerna och W- och Z-bosonerna, är helt elementära, i den meningen att deras interaktioner beskrivs väl av en renormaliserbar kvantfältsteori. Om de inte är elementära är det förmodligen i en skala där de avslöjas som en strängteori-excitation, ett kvant svart hål.

Modeller av sammansatta standardmodellfermioner var intressanta eftersom de kunde förklara fenomenet generationer, de upprepande standardmodellfamiljerna. Men strängteori ger en mycket mer naturlig förklaring av generationer, när det gäller komprimeringens geometri. Det finns ingen verklig motivation för underbyggnad, även om människor spekulerar.

Kommentarer

• @BT och Ron: Jag ’ har flyttat kommentarerna till ett chattrum , så om ni verkligen vill fortsätta i denna riktning, gör det där, men betrakta detta som en påminnelse om oförskämdhet (som exemplifieras av några av de rörda kommentarerna ) är inte acceptabelt på den här webbplatsen.

Det vanliga vanliga svaret är att betrakta dem som grundläggande. Ett annat standard, men inte vanligt svar, är att vi generiskt kallar ”preons” till de hypotetiska komponenterna i kvarkar och leptoner. Den mest stabila pre-teorin är Harari-Shupe, ibland kallad ” rishon theory ”, men det finns andra.

Utan preons kan strängteori också vara ett svar men inte i raden av din fråga; kvarkar och leptoner skulle motsvara vissa strängtillstånd, så inte ”gjorda av” utan ”samma som”. På samma sätt i Kaluza Klein-teorin: kvarkerna och leptonerna förväntas vara speciella tillstånd i den komprimerade teorin. Naturligtvis är detta återigen det vanliga. Teoretiker har också föreslagit modeller där staterna är Rishons.

I mitten kan du ha teorier som föreslår att man producerar kvarkar och leptoner ur geometri. Dessa teorier brukar oroa sig mycket för gravitation.

Slutligen har du de icke-standardiserade teorierna. Själv har jag en av dem, sBootstrap, och ingen tvekan om att andra kommer att svara dig genom att föreslå deras favoritteori.

Kommentarer

• Även om det är trevligt att ha ett namn för de hypotetiska beståndsdelarna i kvarkar, är det enda användbara syftet ännu i mening som ” Den experimentella gränsen för förekomsten av preoner … ” . Att prata om en ” etablerad ” teori i avsaknad av en antydan till bevis är lite optimistisk.
• Nedröstad: De enda teorier som du nämnde som har något verkligt stöd bland fysiker är standardmodellen och strängteorin. Standardläget betraktar kvarkar och leptoner som elementära punktpartiklar utan beståndsdelar. Strängteori betraktar dem som vibrerande strängar, igen utan inre beståndsdelar. Allt annat du nämnde är i huvudsak bara hypotetisk spekulation och inte en riktig konstruktiv seriös fysikteori som kan göra förutsägelser.
• Du kan tänka dig att strängar är gjorda av strängbitar, en konstruktion populär hos Charles Thorn som främjat det. Som pärlor i en kedja kan du utforma deras interaktioner så att deras bundna tillstånd kommer att vara fysiskt ekvivalenta med strängar när du ’ är klar. Hur som helst är frågan inte ’ t exakt djup. Det ’ är inte alltid sant att saker är gjorda av något mer grundläggande och det ’ är tydligt att när vi kommer till Planck ( grundläggande) skala (eller innan det), varje ytterligare ” komposit av nya saker ” måste avslutas eftersom det kan ’ t är saker som är mindre än Planck-skalan.
• Ändå ska ’ notera att du kan bädda in preon-modeller i strängteori. arxiv.org/abs/hep-th/0409146
• @FrankH, ja jag säger ” inte mainstream ”. Jag tror att min formulering har varit noggrann, men gör ordet ” fastställt ” verkligen framkallar sådan förvirring, även med en ” utan tvekan ” och en ” inte mainstream ” i samma parragraf? Tror du att svaret inte är användbart? Jag förstår inte hur dessa teorier inte är konstruktiva och inte gör förutsägelser. Förväxlar du dem med de som jag kallar ” icke-standard ”, vanligtvis inte i refererade tidskrifter?

Låt mig först betona att ingen vet vad man kan förvänta sig säkert när vi undersöker mindre och mindre mindre avstånd (eller vid högre energier) hittills som elementära fält: elektron ( $ e ^ – $ ), elektronneutrino ( $ \ nu_e $ ), upp-kvarken ( $ u ^ {\ frac {+2} {3}}, $ ) och down-quark ( $ d ^ {\ frac {-1} {3}} $ ), tillsammans med deras andra och tredje generation, den massiva $ W ^ {+/-} $ och $ Z ^ 0 $ (kraftbärarna för de svaga kraft), Higgs (förklarar massa) och de hypotetiska superhunga X- och Y-bosoner , som (enligt teori ) gör det möjligt för protonen att förfalla och har en elektrisk laddning på $ + \ frac {4} {3} $ resp. $ + \ frac {1} {3} $ .

En mycket rimlig gissning finns dock i Harari ”s Rishon teori (som redan har nämnts i ett tidigare svar), som kan redogöra för alla reaktioner mellan elementära fält (utom de som involverar Higgs-fältet). Med endast två elementära fält, T -rishon och V-rishon, en preon-teori kan inte bli mer ekonomisk (det är omöjligt att konstruera de hittills kända elementära fälten av bara ett fält). Detta är verkligen mer elegant än grenröret av elementära partiklar som råder idag. Jag heter ”elegans” eftersom vissa fysiker ser detta som ett argument till förmån för nya idéer (förresten, Jag vet inte det.

Andra argument för denna teori:

• Protonens förfall förklaras v är lätt:

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

• Teorin säger att mängden materia är lika med mängden anti-materia

• Enligt Rishon-teorin är den svaga kraften inte ”en grundläggande, precis som den” gamla ”starka kraften som en gång ansågs överföras av pionen (att jämföra med $ W ^ {+/-} $ eller $ Z ^ 0 $ ) visade sig vara en kvarvarande kraft och grundläggande stark kraft är nu känd för att förmedlas av masslösa gluoner.

Higgs-fältet / -fälten har ingen plats i denna teori, vilket verkar vara ett stort tillbakagång eftersom de kan har upptäckts. Det sägs att på grund av detta har alla elementära fält ingen massa. Båda rishonerna är masslösa, men när de bildar bundna tillstånd (det enda tillstånd de kan vara i), är kanske kraften (den som förmedlas av hyperfärg gluoner) mellan dem så stor att de kan (trots ljusets hastighet de reser med) hålla ihop och bilda massiva fält. Om så är fallet, vad ska man göra med Higgs-fältet? Tja, kanske, i så fall kan vi använda den här ekonomiska teorin för att avskärma förekomsten av detta fördömda partikelfält. Som jag skrev i kommentaren nedan:

För mig är Higgs-mekanismen en ganska konstgjord konstruktion och därför är jag benägen att säga att bevisen för Higgs är förorenat. Så man kan använda Rishon-teorin för att avskydda förekomsten av Higgs-fältet.

Kommentarer

• Vad är beviset för att den upptäckta partikeln faktiskt var Higgs-bosonen? Har Higgs-interaktionen observerats kanske eller vakuumförväntningsvärdet direkt uppmätt?
• Mot bakgrund av Rishon-teorin , Jag ’ är benägen att säga nej, och att beviset för Higgs bara finns i hjärnan hos dem som följer idén att en Higgs-partikel existerar. För mig är Higgs-mekanismen en ganska konstgjord konstruktion och därför är jag ’ benägen att säga att bevisen för Higgs är förorenade. Så man kan använda Rishon-teorin för att oskyddad existerar Higgs.
• Så ingen throwback.
• I mina ögon finns det verkligen ingen throwback (även om jag skrev det) eftersom jag ’ m övertygad om att teorin är på rätt väg.
• Enheten för elektrosvagning verkar onaturlig och problematisk. Den elektromagnetiska kraften är mycket tydligt baserad på U (1) och inget annat behövs.Om den svaga kraftteorin inte kan överleva på egen hand, kanske vi bara behöver en bättre svag teori istället för enande. Och om vi släpper denna förening blir det kanske klart att det inte alls behövs någon förening. Krafter kan existera på egen hand utan att låtsas vara avlägsna släktingar.

Vad är kvarkar av?

Vi vet inte vad kvarkar består av, det kanske vi har berört botten här, eller att ytterligare struktur ännu inte ska avslöjas.

Hittills har resultaten av LHC för att avslöja ytterligare struktur – förutom upptäckten av Higgs-bosonen – inte varit uppmuntrande. Det kanske är att vår nuvarande tekniska förmåga helt enkelt inte är upp till märket.

Kom ihåg att klassisk mekanik återupplivades när Galileo tittade genom ett teleskop mot natthimlen, och teorin om svart kroppsstrålning med Boltzmanns dåvarande termodynamiska teori gav resultat i strid med experimentet och uppmanade Plancks introduktion av atomhypotesen i energi, dvs kvanthypotesen.

Det kanske vi helt enkelt måste vänta på ytterligare teknisk uppfinningsrikedom innan vi ordentligt kan ta itu med fysik bortom SM, och detta genom utseendet på det, kan vara lite väntan.

Men en av de viktigaste aktuella utmanarna för att förklara kvarkar är strängteori. Faktum är att strängteori uppstod först som en teori om den starka kraften som ett slags flödesrör som kopplade samman kvarker Det bör påpekas, som alla de viktigaste utövarna av teorin varnar för, att denna teori är mycket spekulativ, som man borde förvänta sig när vi är så långt borta från en regim som är direkt tillgänglig för experiment.