Mi entendimiento es que 'fundamental' se refiere a que haya un campo cuántico distinto correspondiente a la partícula. Hago la pregunta anterior basándome en el hecho de que las generaciones más pesadas de partículas se descomponen. ¿Qué razón tenemos para creer que lo que originalmente era, digamos, una excitación localizada del campo tau correspondiente a una partícula tau, no era una excitación colectiva de los campos de partículas en los que posteriormente decae? Yo pensaría en responder a esta pregunta de dos maneras:
Experimentalmente, sospecho que tratamos de hacer experimentos de dispersión. Debería pensar que los teóricos tendrían una predicción de la sección transversal de dispersión diferencial si el 'tau' fuera una excitación colectiva de varios otros campos que posteriormente se dispersan. Pero no estoy tan seguro de cuán convincente es este tipo de evidencia.
Otro factor experimental pueden ser los experimentos de aceleración para 'observar' las partículas con vidas más largas en el marco del laboratorio, y no esperaríamos que una excitación colectiva de varios campos tuviera el mismo comportamiento.
Teóricamente. Estoy vagamente familiarizado con la estructura de grupo del modelo estándar, pero no lo suficiente sobre los detalles para ver cómo responde esto a la pregunta anterior y, de nuevo, cuán convincentemente.
Esencialmente, solo estoy interesado en cómo alguien que tiene mucho más conocimiento en física de partículas respondería esta pregunta. He leído esta publicación , pero no veo que contenga una respuesta. Conozco la teoría clásica y (algo) de campos cuánticos, y actualmente estoy tomando un curso de física de partículas. Pero esto no se ha abordado.
El modelo estándar de la física de partículas es una encapsulación de una gran cantidad de datos, ajustados a un modelo teórico específico, una teoría cuántica de campos. En esta teoría, la tabla de partículas y las antipartículas correspondientes se consideran axiomáticamente como partículas puntuales fundamentales de masa y números cuánticos dados.
Así como en matemáticas cuando uno cuestiona los axiomas se cambia la teoría, si uno cuestiona la tabla de partículas, uno tiene que llegar a una nueva teoría. El modelo estándar tiene mucho éxito en el ajuste y la predicción de datos, debe integrarse en la nueva teoría propuesta.
Por el momento las únicas teorías que pueden incorporar el modelo estándar son las teorías de cuerdas, que van desde partículas puntuales hasta cuerdas o membranas, igualmente no compuestas.
Creo que el hecho básico es la conservación del número de leptones, que es lo que se ha establecido experimentalmente : que un muón negativo no es un estado ligado de un electrón, un antineutrino electrónico y un neutrino muón, que es en lo que se desintegra.
Además, el modelo estándar antes de la ruptura de la simetría electrodébil tiene todas las partículas fundamentales sin masa, por lo que no pueden descomponerse entre sí.
La teoría de campos debe basarse en las funciones de onda libres de las ecuaciones correspondientes (Dirac para fermiones, etc.), por lo que se deben considerar las partículas en sí mismas antes de establecer la teoría de campos. En general, el modelo más simple en la actualidad es el modelo estándar y no hay absolutamente ninguna indicación experimental de violaciones de la conservación del número de leptones que pueda exigir algo matemáticamente mucho más complicado.
Creo que el OP está tocando un punto muy sutil de QFT que no debería descartarse fácilmente. El espacio de Hilbert de cualquier QFT está atravesado por los estados asintóticos ('dentro' o 'fuera') de todas las partículas estables . Para el SM, estos estados incluyen partículas elementales libres como el electrón, así como estados ligados como el protón o incluso el átomo de hidrógeno, pero notablemente no el leptón tau. Entonces, en este sentido, la "excitación localizada del campo tau" inicial (sea lo que sea exactamente) es necesariamente solo una superposición de las partículas en las que se desintegra.
El formalismo de QFT en realidad nos da la libertad de eliminar partículas pesadas e inestables de la teoría sin cambiar la física. Este procedimiento se denomina "integración de los grados de libertad masivos" y se utiliza en teorías de campo efectivas. En el formalismo de la integral de trayectoria, esto solo significa lo que dice en la lata: llevas a cabo la integral sobre, digamos, los campos W, Z y top-quark, pero dejas los otros campos en paz. El precio que paga por esto es que obtiene interacciones no locales entre los campos restantes. En la teoría del campo efectivo, se procede luego a expandir los términos de interacción no local como una serie infinita de términos de interacción local.
Entonces, diría que la razón por la que pensamos que el leptón tau (y el W, Z, top-quar, Higgs, etc.) existen y son fundamentales es que nadie ha logrado escribir una teoría local y renormalizable que se las arregla . sin ellos y reproduce correctamente las secciones transversales de dispersión de las partículas que podemos observar.
Cosmas Zachos
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