¿Podemos inferir de la simetría de isospín débil la existencia de partículas de subquarks?

En la antigua teoría de la fuerza fuerte, donde se pensaba que la fuerza fuerte era transmitida por mesones masivos (piones), como se puede leer aquí :

El descubrimiento del neutrón en 1932 reveló que los núcleos atómicos estaban formados por protones y neutrones, unidos por una fuerza de atracción. En 1935 se concibió que la fuerza nuclear era transmitida por partículas llamadas mesones. Este desarrollo teórico incluyó una descripción del potencial de Yukawa , un ejemplo temprano de un potencial nuclear. Los piones, cumpliendo la predicción, se descubrieron experimentalmente en 1947. En la década de 1970, se había desarrollado el modelo de quarks, según el cual los mesones y nucleones se consideraban compuestos de quarks y gluones. Según este nuevo modelo, la fuerza nuclear, resultante del intercambio de mesones entre nucleones vecinos, es un efecto residual de la fuerza fuerte.

Los protones y los neutrones se consideraron la misma partícula después de que se introdujo el isospin . Como el isospín se describía matemáticamente como espín (aunque sus interpretaciones eran completamente diferentes), el protón tenía una proyección de isospín en el I z eje de I z = 1 / 2 mientras que la proyección isospín del neutrón es I z = − 1 / 2 .
El nombre "isospin" se describe más correctamente como "espín isobárico", ya que deriva de la palabra griega para "pesado" (βαρύς, barýs) y los protones y neutrones (a los que se aplicó isospin) tienen casi la misma masa. Para la mayoría de los hadrones, excepto los neutrones y los protones, la diferencia de masa no es casi cero (ver esta lista) y la simetría se rompe más severamente.
En el mismo artículo de Wikipedia sobre isospin se puede leer:

Antes de que se introdujera el concepto de quarks, las partículas que se ven afectadas por igual por la fuerza fuerte pero que tienen cargas diferentes (p. ej., protones y neutrones) se consideraban estados diferentes de la misma partícula, pero con valores de isospín relacionados con el número de estados de carga.

Y también

Un examen minucioso de la simetría isospín condujo en última instancia directamente al descubrimiento y la comprensión de los quarks y al desarrollo de la teoría de Yang-Mills .

Esto llevó a la fórmula I z = 1 2 ( norte tu − norte d ) , que de hecho da I z = 1 / 2 para el protón y I z = − 1 / 2 para el neutrón. el em Se considera que la fuerza rompe ligeramente la simetría entre las dos partículas (desde mi punto de vista, decir que dos partículas son iguales pero diferentes en carga y un poco diferentes en masa ya sugiere que están formadas por otras partículas).

El este artículo sobre el isospin débil se puede leer:

En la física de partículas, el isospín débil es un número cuántico relacionado con la interacción débil y es paralelo a la idea del isospín bajo la interacción fuerte. El isospín débil generalmente recibe el símbolo T o I con el tercer componente escrito como T z , T 3 , I z , o I 3 . Puede entenderse como el valor propio de un operador de carga (ver aquí ).

La ley de conservación del isospín débil se relaciona con la conservación de T 3 ; todas las interacciones débiles deben conservar T 3 . También se conserva por las interacciones electromagnéticas y fuertes. Sin embargo, una de las interacciones es con el campo de Higgs. Dado que el valor esperado del vacío del campo de Higgs es distinto de cero, las partículas interactúan con este campo todo el tiempo, incluso en el vacío. Esto cambia su isospin débil (e hipercarga débil). Sólo una combinación específica de ellos, q = T 3 + 1 2 Y w (carga eléctrica), se conserva. T 3 es más importante que T y, a menudo, el término "isospin débil" se refiere al "tercer componente del isospin débil".

Ahora, la unificación teórica (a veces comparada erróneamente con la unificación de la fuerza eléctrica y magnética) me parece bastante artificiosa (por ejemplo, parece que no puedo descifrar qué es exactamente una unidad de carga débil).
Entonces, ¿no es posible que, al igual que en el caso de la antigua fuerza fuerte, después de un examen minucioso de la simetría del isospín, finalmente condujo directamente al descubrimiento y comprensión de los quarks y al desarrollo de la teoría de Yang-Mills, un examen minucioso de la simetría de isospín débil puede conducir a una supuesta existencia de partículas de subquark y un lagrangiano de subquark asociado, mientras que la fuerza débil es una fuerza residual, al igual que la antigua fuerza fuerte resultó ser una fuerza residual?

"... me parece bastante artificial (por ejemplo, parece que no puedo descifrar qué es exactamente una unidad de carga débil)". es completamente desconcertante, tal vez mereciendo su propia pregunta. Una unidad de carga débil es precisamente una unidad de carga débil de isospín, ¿no?
Bien, de la misma manera se puede decir que una unidad de carga fuerte es precisamente una unidad de carga fuerte de isospín.
No: este es el corazón de mi respuesta. El isospin débil es el grupo calibrado en las interacciones débiles (parcialmente), pero el isospin fuerte no se mide en las interacciones fuertes, que calibran el color SU(3) , que es la carga fuerte. El isospín fuerte conmuta con las interacciones fuertes (~ es ignorado/respetado por ellos).
¿Por qué no se podría desarrollar algún tipo de mecanismo de Higgs (SSB y un invariante lagrangiano bajo transformaciones de fase no local (gauge)) en el caso de la antigua fuerza nuclear, dando masa a los piones? Por supuesto, los quarks aún no se habían descubierto, lo que eventualmente se pondría al día con esa teoría (tal vez esta teoría podría sobrevivir cuando se consideraron las bajas energías). Es muy cierto que el SM moderno es una estructura matemática impresionante.
Pero, ¿qué pasa si se encuentran nuevos subquarks, como los dos en el modelo Rishon que hace que el bosón de Higgs sea una partícula que no es necesaria para proporcionar masa (lo que no quiere decir que no exista)? ¿Seguiría siendo válido el SM? ¿A energías pequeñas en comparación con las energías de encontrarlos ( si se encuentran)? Creo que esto es muy posible, de la misma manera, se encontraron quarks en protones). Esta teoría es más satisfactoria (al menos para mí), ya que las tres fuerzas son transmitidas por partículas sin masa (el fotón, el gluón y el hipergluón).
Los rishons siempre viajan a la velocidad de la luz (lo que demuestra cuán fuerte es la carga de hipercolor) y obtienen sus masas como consecuencia de su energía potencial. El neutrino (una combinación de tres rishons eléctricamente neutros) todavía tiene la velocidad de la luz (bueno, casi), porque no ha interactuado desde que nació. Los electrones, cuando comenzaron a existir, probablemente tenían la misma quiralidad (una combinación de tres rishons cargados eléctricamente, moviéndose con c), que se desarrolló después de muchas interacciones EM en un componente de helicidad derecho y uno izquierdo.
De todos modos, ¿el descubrimiento de tales partículas (dos rishons sin masa) alteraría significativamente el SM, o seguiría siendo válido a bajas energías?
Todas y cada una de las nuevas construcciones y descubrimientos deben preservar el SM en sus fundamentos como una teoría efectiva, tal como el SM incluyó/conservó/amplió la teoría de 4-Fermi.
Comprendido. Eso es lo que pensé ya. Pero, ¿la interpretación seguirá siendo la misma también?
Un poco subjetivo... Las interpretaciones se dualizan y se entrelazan...
Pero si se encuentran estas partículas, ¿qué significa eso (por ejemplo) para el mecanismo de Higgs?
Afirmo muy poco, pero te has desviado millas de la pregunta original.
Eso es cierto (aunque el mecanismo de Higgs lo es y la simetría de isospin débil condujo a los bosones vectoriales masivos en la supuesta unificación de la interacción débil y EM). Fue una conversación esclarecedora (y una respuesta). ;-D

Respuestas (1)

  • La invención de los quarks, que en última instancia se convirtió en un descubrimiento, ciertamente no estuvo motivada por un fuerte isospin y no podría haberse hecho de manera plausible sin extender el isospin al sabor SU(3) ; e incluso entonces... resultó ser una casualidad impresionante: ¡habría sido mucho más difícil si el sabor SU(4) hubiera existido en ese momento! La ignorancia del encanto permitió a las personas concentrarse en la prueba, una característica de las repeticiones del grupo de color SU(3) , completamente coincidente con el sabor SU(3) que se organiza de ese modo. Esta extraña historia es más apropiada para la Historia de la Ciencia SE. El punto crítico aquí es que la simetría de isospín fuerte aproximada SU(2)no "condujo" realmente a los quarks, como tampoco motivó las aplicaciones de la teoría de Lie Group para dar sabor a la física. Mi afirmación es que el isospin fuerte proporcionó un campo de entrenamiento y un dispositivo educativo para discernir y apreciar mejor el isospin débil.

  • El isospín débil también es un SU(2) aproximado , vea, por ejemplo, esta pregunta , esta vez sus leyes de conservación de energía más bajas se rompieron espontáneamente a través del acoplamiento con el Higgs, especialmente en los términos de masa de acoplamientos/fermiones de Yukawa. Es decir, los términos de masa de quarks y leptones que no desaparecen (inducidos por el campo de Higgs) desvían el isospín débil hacia el vacío, convirtiendo el componente quiral izquierdo en los componentes diestros de WI nulos de los fermiones. El Higgs neutral robando 1/2 unidad de WI para hundirse en el vacío o -1/2 para su conjugado. (En el nivel primitivo, uno podría reflexionar sobre rupturas como pequeñas "violaciones explícitas de WI".) Sin embargoHistóricamente, fue un examen más detallado del isospín débil y su estructura quiral en la interacción 4-Fermi lo que marcó el comienzo de la SM. Motivó los pesados ​​bosones vectoriales intermedios y el campo de Higgs que lo hace posible, sin duda nuevas partículas, pero no constituyentes. El SM resultante encajaba todo casi a la perfección. Parece que está buscando una opción diferente, pero no puedo ver ningún indicio en la estructura del grupo del SM que apunte a más constituyentes.

Por supuesto, puede ser bienvenido a especular sobre otras partículas y estructuras, pero los SU(2) de ningún tipo parecen haber conducido o llevado a nadie allí...

Creo que el modelo rishon hace un buen trabajo al ordenar el pequeño zoológico de partículas elementales. Esto significa, por supuesto, que se debe encontrar el Lagrangeano "verdaderamente básico", que incorpore los dos rishons y las tres fuerzas de largo alcance (la fuerza em, la fuerza del color y la fuerza hipercolor, ignorando la gravedad) de las cuales la interacción débil es una fuerza residual como es el caso de la antigua fuerza fuerte.
¿Podemos inferir de la simetría de isospín débil la existencia de partículas de subquarks?
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