Cómo "construir" un protón

Sabine Hossenfelder en su columna El fin de la física teórica tal como la conocemos hizo la siguiente declaración:

Por ejemplo, tenemos una teoría perfectamente precisa que describe las partículas elementales llamadas quarks y gluones, pero nadie puede calcular cómo se unen para formar un protón.

Esto es confuso. ¿Cómo puede QCD no explicar cómo "construir" un protón o un neutrón? Específicamente, en lo que estoy pensando es en nuestra capacidad para calcular las masas de neutrones y protones con una precisión del 0,03% . ¿Alguien puede explicar qué quiso decir ella con esta declaración?


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Un nuevo resultado , que utiliza la red QCD, muestra que solo el 9% de la masa del protón proviene de la masa de los quarks constituyentes. Las proporciones restantes se deben a la energía de la "sopa" de quarks y gluones dentro del protón, así como a la invariancia de escala . Puede leer más en Descomposición de masa de protones del tensor de momento de energía QCD .

Recuerdo que Frank Wilczek señaló en su libro A Beautiful Question que los resultados de este tipo parecen sugerir que lo que consideramos materia sólida son en realidad grandes cantidades de energía condensada.

Creo que se refiere al proceso de "confinamiento de quarks", que es la razón por la que los quarks están unidos. Sin embargo, no hay (si no recuerdo mal) ninguna explicación teórica para este proceso (este problema está, si no recuerdo mal, estrechamente relacionado con uno de los problemas del milenio en matemáticas (Mass Gap en las teorías de Yang Mills)).
Esto puede ser una cuestión de semántica que valga la pena ignorar, para evitar tecnicismos. Las simulaciones de celosía calculan las masas de hadrones a partir de QCD, pero no con precisión arbitraria y sin los conocimientos intuitivos que las soluciones analíticas han hecho esperar a los profesionales. Para darle una analogía, una simulación numérica de un sistema electrostático no es tan buena como una solución de carga de imagen analítica, pero aún es aceptable en aplicaciones de ingeniería. El anhelo de resultados de QCD elegantes y precisos no debe impedir la aceptación y apreciación de la integridad, potencia y corrección de QCD.
En el artículo de Sabine, la oración directamente después de la oración citada es: "Las ecuaciones simplemente no pueden resolverse mediante ningún método conocido" . Esa afirmación no se contradice con un cálculo QCD de celosía de las masas de protones y neutrones, ¿verdad?

Respuestas (1)

Es un tipo de quisquilloso, en mi opinión, y solo el título "El fin de la física teórica tal como la conocemos" muestra a una persona con una visión sesgada de la física teórica.

El resumen de la investigación que cita se puede ver aquí y los números exactos tienen que ver con la diferencia de masa entre el protón y el neutrón.

La existencia y la estabilidad de los átomos se basan en el hecho de que los neutrones son más masivos que los protones. La diferencia de masa medida es solo el 0,14% del promedio de las dos masas. Un valor un poco más pequeño o más grande habría llevado a un universo dramáticamente diferente. Aquí, mostramos que esta diferencia es el resultado de la competencia entre los efectos de ruptura electromagnética y de isospín de masa. Realizamos cálculos de cromodinámica cuántica y electrodinámica cuántica de celosía con cuatro sabores de fermiones de Wilson no degenerados y calculamos la división de masa de neutrón-protón con una precisión de 300 kiloelectronvoltios, que es mayor que 0 por 5 desviaciones estándar. También determinamos las divisiones en los multipletes de isospín Σ, Ξ, D y Ξcc, superando en algunos casos la precisión de las mediciones experimentales.

lamentablemente no es un enlace abierto al documento.

Los cálculos de las masas en sí tienen menos precisión y son trabajos en progreso en QCD de celosía, aquí hay una revisión. . Mi respuesta aquí analiza la situación.

Entonces, la afirmación "nadie puede calcular cómo se juntan para formar un protón" está colocando criterios matemáticos muy estrictos para "calcular" en la física. Si no es una fórmula simple, tiene menos valor, denigrando el uso de computadoras en los cálculos de física teórica. En este estado de ánimo, los cálculos qcd de celosía no son física teórica, porque usan computadoras y no esfuerzo para llegar a los números.

La cita de "cállate y calcula" era un dicho mucho antes de las supercomputadoras, y ciertamente necesitaba esfuerzo. Las afirmaciones: "El fin de la física teórica tal como la conocemos" y "pero nadie puede calcular cómo se unen para formar un protón" pueden ser parafraseadas por los novelistas:

"El fin de la escritura de novelas tal como la conocemos" y "nadie puede escribir a mano un manuscrito para una novela". Confundir los dispositivos de ahorro de trabajo con la creatividad.