¿Cuál es la diferencia esencial entre una resonancia y una partícula?

Una resonancia (en el sentido de la física de partículas o física relacionada) y una partícula inestable es exactamente lo mismo. El objeto tiene una masa compleja y la parte imaginaria determina el ancho de decaimiento (y la tasa de decaimiento). Pero estos dos términos describen diferentes aspectos de la misma cosa.

"Una partícula" se refiere al objeto, la especie de la partícula (en el caso de su URL, son partículas compuestas, es decir, estados ligados, a menudo estados excitados), y todas las propiedades concebibles que pueda tener y los procesos que pueda experimentar.

Por otro lado, una "resonancia" solo describe un aspecto particular del objeto (partícula) y el método correspondiente de cómo se puede descubrir, a saber, su capacidad para producir un pico local ("golpe") en un gráfico de una cruz. sección en función de la energía. Por lo general, es una sección transversal de un proceso con la partícula en el estado inicial y un estado de dos o varias partículas en el estado final, o viceversa.

La sección transversal aumenta cuando la "energía es adecuada" para producir (o proviene de) una partícula de la masa particular. El pico local tiene la misma razón matemática que las resonancias en cualquier parte de la física, por ejemplo, cuando una radio amplifica la señal a una frecuencia determinada. Cuando la frecuencia (o energía, y$E=hf$) es correcto, más menos el ancho, la fuerza (o, en mecánica cuántica, la probabilidad) de un proceso es mucho mayor.

Cuando vemos tal "golpe", podemos descubrir una nueva partícula. Así fue como se descubrió el bosón de Higgs en 2012, y también muchas otras partículas antes del Higgs. La partícula inestable real, por ejemplo, el bosón de Higgs, también puede entrar en muchos otros procesos que no pueden describirse como una simple resonancia. Puede producirse junto con el bosón Z y/u otras partículas, por ejemplo, y en estos procesos más complicados, el bosón de Higgs ya no es una "resonancia".

Esto debe leerse junto con la respuesta de Lubos.

El grupo de datos de partículas ha compilado una gran cantidad de secciones transversales en este documento , de donde he copiado una gráfica particular, la figura 49.5.

La parte azul son las resonancias que se encontraron durante los años sesenta, y son típicas de otras resonancias en secciones transversales de dispersión. Esta es la dispersión de$e^+e^-$, y también después de identificar los productos de descomposición, en el espectro de masas invariable de los productos de descomposición. El término "resonancia" se hereda de las resonancias de la física clásica, donde las amplitudes acústicas se vuelven altas en la resonancia, por ejemplo. Las secciones transversales se hicieron grandes en ese centro específico de energía de masa. Tenga en cuenta el ancho, en contraste con los picos rojos. Cuando el$J/\psi$se encontró que los físicos del populacho esperaban anchos comparables a los$\phi$en el mejor de los casos, y la nitidez de la resonancia fue una sorpresa y confirmó plenamente el modelo de quarks. No estaba hecho de quarks comunes y corrientes como las resonancias azules, sino de un nuevo quark, el encanto. Lo mismo es cierto con$\Upsilon$y el quark de belleza que completó el modelo de quarks.

Si miras la tabla de partículas elementales, ninguna de las resonancias de la$\Upsilon$y abajo existen allí, porque estas resonancias son compuestos de quarks. Sin embargo, continuando con energías más altas, encontramos el bosón Z , que es una partícula elemental y resuena en el$e^+e^-$experimento de dispersión, sino que también se desintegra en muchas otras partículas elementales.

Así, en el mismo experimento,$e^+e^-$Al dispersar con el aumento de la energía del centro de masa (o masa invariable para las gráficas del LHC), tenemos resonancias que son compuestos de quarks y antiquarks por un lado, y partículas elementales por el otro.