¿Podría el modelo de Quark resultar falso?

Los quarks se combinan para formar partículas compuestas llamadas hadrones, los más estables de los cuales son los protones y los neutrones, los componentes de los núcleos atómicos.

Debido a un fenómeno conocido como confinamiento de color , los quarks nunca se observan directamente ni se encuentran aislados; solo se pueden encontrar dentro de bariones o mesones.

Esta frase me pone muy nervioso: Debido a un fenómeno conocido como confinamiento de color

Esta oración es como quiero probar algo espurio para salvar al sujeto (quark).

Respuestas (6)

Se cree por una buena razón que el confinamiento no es algo inventado. La buena razón es de Lattice QCD. Si bien no es una prueba analítica, las simulaciones de QCD muestran que QCD se limita naturalmente. Es decir, el confinamiento ya está oculto dentro de QCD y ocurre de forma natural. Además, para temperaturas lo suficientemente altas, QCD se desconfina, y el resultado es un plasma de quarks-gluones, donde los dos corren como un plasma. Es desafortunado que hasta el momento exista poca evidencia experimental para una fase de desconfinamiento de QCD, al menos que yo sepa. Pero el trabajo computacional en QCD arroja una gran cantidad de información sobre la física genuina de QCD. Como nota, la dispersión inelástica profunda proporciona evidencia de los quarks, ya que el experimento se parece a la dispersión de Rutherford, que fenomenológicamente ayudó a desarrollar un modelo preciso del átomo con el tiempo.

Dicho esto, nuestras interpretaciones de la física y los sistemas físicos cambian (punto). Entonces, casi inevitablemente, mientras que los quarks probablemente se quedarán, la forma en que los vemos cambiará.

Si está interesado en las restricciones impuestas a QCD por simulaciones computacionales, busque en Lattice QCD y Gauge Fields on a Lattice. Ha sido un paso importante para aprovechar la QCD no perturbadora.

Una pregunta para usted: ¿alguien se acerca al problema del confinamiento continuo desde la perspectiva de los límites conformes de las redes al estilo del enfoque de Stanislav Smirnov sobre la percolación y otros problemas?
@ user404153: Todo el mundo está haciendo eso, ese es el único enfoque.
@RonMaimon Jaja, gracias. Admito que no puedo imaginar otra forma de abordarlo.
@knives Buena sinopsis. Leí acerca de estos casos en los que el modelo del planeta tiene fallas, ¿puedes dar alguna específica? Los hallazgos sobre el plasma de quarks y gluones también parecen especialmente interesantes con respecto a los umbrales de cualquier sistema individual.
@GaretClaborn si considera el átomo como un pequeño sistema solar con electrones que orbitan alrededor del núcleo, entonces termina teniendo un continuo de estados de energía para cualquier energía mayor que la masa restante del núcleo. Este no es el caso, ya que sabemos que los electrones en los átomos solo orbitan a energías selectas. En otras palabras, hay una brecha en la energía que tiene un átomo donde no hay un electrón girando alrededor del núcleo, y la energía más baja posible observada con un electrón girando alrededor del núcleo, es decir, hay "orbitales". La ecuación de Schrödinger predice estos niveles de energía.
@kηives tal vez estoy confundido con el modelo anterior. Conozco las ubicaciones discretas de los electrones. Cuando dices 'el "modelo de planeta" del átomo es una interpretación inexacta en ciertas circunstancias', me pregunto en qué circunstancias. ¿Es la energía lo suficientemente alta/baja básicamente?
@GaretClaborn La mayoría de las circunstancias. Pero, como es bien sabido, si disparas electrones a un átomo, a veces simplemente lo atraviesa, otras veces se dispersa y algunas veces se dispersa hacia atrás. Esto demostró que las distribuciones de carga en el átomo no se distribuyen uniformemente en todas partes, ya que el electrón se ve afectado de manera diferente en cada disparo. Este agrupamiento de la distribución de carga se atribuye a la idea de que el átomo está formado por constituyentes, cada uno de los cuales tiene una carga o es neutro.
@kηives OIC, gracias por aclarar eso. Ayuda a conectar bastantes puntos.
"un continuo de estados de energía para cualquier energía mayor que el resto de la masa del núcleo" Esto no es del todo correcto. El continuo comienza en la energía de ionización. A menos que estés hablando de la energía total. Entonces el continuo comienza en ( metro mi + METRO i o norte ) C 2 .

Su posición sobre los quarks, que son constituyentes compuestos, fue la opinión general en física desde 1964, cuando Zweig y Gell-Mann propusieron los quarks de forma independiente, hasta noviembre de 1974, cuando se descubrió el quark charm y todos los demás decidieron que era el correcto. idea. En este tiempo intermedio, la idea de una partícula permanentemente confinada se consideraba sospechosa, por lo que las teorías de la interacción fuerte no podían hablar de hipotéticos constituyentes puntuales. El modelo de quarks todavía estaba fuertemente respaldado por evidencia indirecta, pero en cierto sentido es bueno que la comunidad de interacción fuerte rechazara estas ideas, de lo contrario, es posible que nunca tengamos la teoría de cuerdas.

El fenómeno del confinamiento no es tan misterioso, ya fue entendido en 1 dimensión por Schwinger a principios de los años 60. En 1 dimensión del espacio, la fuerza eléctrica no se propaga como lo hace en 3 dimensiones, y la fuerza no se debilita con la distancia. Esto significa que si separas un electrón y un antielectrón en 1d, en algún momento, haces suficiente trabajo para hacer un nuevo par de electrones y antielectrones del vacío, y esta producción de pares neutraliza las dos partículas. Esto significa que los únicos estados de energía finitos son compuestos neutros. Esto fue extendido al caso no abeliano por 'tHooft, y la noción de confinamiento se entiende completamente en 1+1 dimensiones.

La idea que Gell-Mann promovió indirectamente, y que fue establecida por muchas personas en la década de 1970, es que algo así sucede con los quarks, que están unidos por una cuerda de flujo que hace que la fuerza sea constante, como si fuera efectivamente unidimensional. . Esta idea del tubo de flujo no estaba bien establecida en la década de 1970, pero ya no se puede rechazar. Además de las simulaciones de celosía, que muestran el tubo de flujo en los cálculos de fuerza estática (la fuerza entre dos quarks es constante con la distancia cuando están muy separados, al igual que en 1 dimensión), también se conocen dualidades exactas entre teorías de cuerdas de flujo infinitesimal. líneas y ciertas teorías de calibre que son lo suficientemente similares a QCD para que uno pueda entender cómo ocurre cualitativamente el confinamiento.

Entonces, la respuesta básica a su pregunta es "no". Es tan imposible que los quarks sean erróneos como que no exista un antiprotón. La evidencia de los quarks proviene ahora de la física de los quarks pesados, donde podemos ver espectroscópicamente los quarks pesados ​​enlazados en estados enlazados no relativistas con otros quarks pesados. Estos sistemas encanto-encanto, fondo-fondo, se comportan exactamente de la manera esperada de partículas no relativistas unidas por una fuerza de calibre.

Existe evidencia de rutina separada de la dispersión inclusiva de alta energía. Cuando aplastas protones, ves chorros, que son lluvias de partículas en ciertas direcciones, y las emisiones de los chorros están correlacionadas, por lo que si ves emerger tres chorros, puedes calcular el momento de los objetos que provienen del punto de colisión, y la distribución de probabilidad de la energía y el ángulo del chorro se puede calcular a partir de QCD. Los cálculos QCD están completamente de acuerdo con los datos experimentales, tanto que uno tiene que ir a un alto orden de peturbaciones para igualar las distribuciones en la dispersión compleja de energía de múltiples TeV.

Ron, ¿dirías que el confinamiento en dimensiones superiores se debe al mismo mecanismo que en las dimensiones 1+1, pero actuando dentro del tubo de flujo?
@MitchellPorter: Esto está bien aceptado. El problema es mostrar cómo el campo fuerte se comprime en 1 dimensión. La idea básica es la de 'tHooft', que el fuerte vacío no puede sostener un flujo cromoeléctrico débil, como un superconductor no puede sostener un flujo magnético débil. En un superconductor, comprimes el flujo en una línea de flujo. Si tiene un flujo cromoeléctrico débil, ordena demasiado el vacío, el campo fuerte es aleatorio euclidiano a grandes distancias, por lo que en lugar de agregar una pequeña polarización en todo el espacio, comprime la polarización en una línea de flujo. Esta es la idea estándar, pero aún no es cuantitativa.
... pero no puede estar mal, porque se puede ver el tubo de flujo emerger en el QCD de celosía, y también está completamente claro a partir de la aleatorización independiente de larga distancia que esto es lo que sucede.
@Ron Gracias por estas ideas sobre los aspectos dimensionales. Me pregunto si podría echar un vistazo a mi pregunta abierta . Tal vez podría dibujar una comprensión de las interacciones de las estructuras de celosía.
@GaretClaborn: No es una pregunta abierta, es una pregunta sin sentido. El campo de Higgs no tiene una "forma" y ya no es arriba contra arriba como abajo contra abajo o arriba contra arriba. No es un quark bilineal, esto está claro, pero podría ser un bilineal de otra cosa. Los quarks tienen interacciones fuertes directas, mientras que el Higgs obtiene interacciones fuertes solo a través de bucles. No tengo más para contribuir a la respuesta, porque la "forma de Higgs" no tiene sentido.
@RonMaimon Ah, lo siento, no quise faltarle el respeto. Tuve una discusión parcial con David Zaslavsky sobre esto antes, todavía estoy trabajando en la pregunta adecuada. Disculpas.
@GaretClaborn: No se preocupe por el respeto o la falta de respeto, no me molesta; el problema está en los conceptos de la pregunta. Parece pensar que los quarks están formados por configuraciones de campo de Higgs. no lo son
@RonMaimon Estoy tratando de preguntar cómo una excitación de un campo de Higgs puede decaer en pares de quarks o interacciones similares, y qué patrones dictan este proceso. Si no es dando forma a las probabilidades en un gráfico, entonces creo que necesito cambiar un poco la pregunta.
@GaretClaborn: Este es un proceso descrito por un diagrama elemental de Feynman. Es exactamente análogo a cómo un fotón que golpea un núcleo puede formar un par de electrones y positrones. Este proceso se describe en libros sobre teoría cuántica de campos: el diagrama de Feynman, cuando da el elemento de matriz S, es todo lo que necesita saber. Desafortunadamente, no es una imagen detallada en el tiempo, te dice cómo los estados entrantes se convierten en estados salientes, y la descripción detallada de las partículas intermedias está en el tiempo propio de las partículas, no en nuestro tiempo. Esta complicación es requerida por la relatividad.

Esta pregunta puede ser respondida por analogías:

La termodinámica fue el pináculo de la formulación matemática de la física durante mucho tiempo. Luego se descubrió experimentalmente que la mecánica estadística se mantenía, debido a la naturaleza particulada de la materia, con una caja de herramientas completamente nueva para los cálculos. ¿Hizo esto que la termodinámica fuera "falsa"?

El modelo de quarks y su formulación teórica se basa en evidencia experimental sólida, como señala Ron Maimon en su respuesta. Si, y es un gran si en sí mismo, alguna vez se encuentra una teoría subyacente que será necesaria para explicar datos nuevos, desconocidos para nosotros ahora, que pueden cambiar la forma en que los físicos explican la acumulación de datos del Modelo Estándar, el modelo de quarks aún se mantienen, de manera similar a como aún se mantiene la termodinámica, aunque emerge de la mecánica estadística cuántica.

Así que no, el modelo de quarks no puede resultar falso.

Un punto de vista que falta en todas las respuestas hasta ahora es que las partículas se ven mejor como excitaciones sobre algún fondo (generalmente llamado "vacío"). Esto significa que el contenido de partículas depende de la fase (o "material") que estés estudiando. Por ejemplo, en un sólido cristalino, no se "ven" los átomos, sino solo las vibraciones de toda la red cristalina, una imagen que se vuelve bastante inútil una vez que el cristal se derrite.

En la fase de baja temperatura y baja presión en la que parece estar la mayor parte del universo observado, los quarks están confinados y no aparecen como excitaciones elementales. Sin embargo, a alta temperatura y presión, los quarks e incluso los gluones pueden desconfinarse, hasta el punto en que pueden considerarse excitaciones elementales (esto aún se está probando y la opinión de consenso sobre esto está evolucionando). Por cierto, un caso divertido (pero astrofísicamente realista) es el de alta densidad pero baja temperatura; en ese caso, la opinión actual (hasta donde yo sé) es que uno obtiene un superconductor de color. De hecho, esa fase puede ser "la misma" que la fase normal (en el sentido de que existen caminos uniformes que las conectan) y conduce a la identificación de los bariones como quarks y los mesones como gluones, apropiadamente vestidos con cargas de apantallamiento.

Desde el punto de vista de la teoría, existen en la medida en que son los campos fundamentales utilizados en la descripción, y esa descripción ha demostrado ser notablemente buena en una amplia gama de situaciones. Tal vez algún día descubramos la subestructura o algo así, pero esa teoría debe reducirse a QCD en los límites apropiados, y en esos límites todavía estaremos hablando de quarks y gluones.

La idea de los quarks nunca sería falsa, pero las categorías del modelo estándar se basan en una cierta suposición tácita: que la ontología física se mantiene constante a una escala tan pequeña.

¿Dónde aparece la palabra "ontología" en el modelo estándar? La ontología son los campos integrales de trayectoria, y los cálculos y experimentos muestran que está presente a escalas nucleares, no a ningún prejuicio filosófico.

OK, creo que tienes toda la razón con tus dudas legales.

Habíamos visto ese tipo de enfoque en Medial Years. Esa vez nos dijeron que es posible/imposible contar el número de ángeles en la punta de la aguja. ¿Confinamiento ángel/demonio? :))))

La verdad es que Chadwick en 1932-1934, sabiendo que no hay partículas negativas excepto las de los electrones, les dijo que el neutrón es una partícula elemental como el protón sin una prueba real. Sólo declaración (¡especulativa!). Sakawa, luego Gell-Mann así lo insinuaron y como resultado tenemos un modelo de quarks con cargas fraccionarias.

De hecho, aparte de esas extrañas creencias sobre el neutrón, tenemos que confesar que el neutrón es una partícula compuesta que consiste en un protón y un pión negativo, por lo que la idea de las cargas fraccionarias de los quarks es solo un error.

Ningún cambio fraccionario es posible en la Naturaleza. Limitado es nuestro entendimiento.

Quizás le interese saber que las mediciones recientes de la distribución de la carga eléctrica del neutrón revelan un núcleo positivo y un halo positivo, mientras que el modelo protón-pión predeciría un halo negativo. También hay algunos problemas de números cuánticos con el modelo protón-pión.
Rod, también me encontré con la interpretación de las medidas donde el neutrón tiene un interior negativo, un medio positivo y un halo negativo. Creo que hasta la fecha no se dispone de una interpretación independiente del modelo exacto. Por cierto, el pión negativo es un bosón. El protón es fermión. El orbital 1S del fermión positivo es una esfera vacía, como podemos ver en los orbitales electrónicos. En combinación con un bosón negativo más ligero, dará exactamente un interior negativo, un medio positivo y un halo negativo.
Oh, interesante. ¿Ha calculado esta distribución de carga o simplemente está afirmando que no es imposible?
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¿Podría el modelo de Quark resultar falso?
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