¿Por qué las masas de hadrones no son más útiles para determinar los valores constantes del modelo estándar?

Algunas de las medidas experimentales más exquisitamente precisas de toda la física son las masas de los diversos hadrones.

Considere estos ejemplos: la masa del protón se conoce con once dígitos significativos. La masa del neutrón es conocida por ocho. Siete conocen la masa del pión cargado , al igual que la masa del pión neutro . La masa del mesón D neutro , la masa del mesón D cargado y la masa del mesón Ds son conocidas por seis. La masa del mesón eta , la masa del kaón cargado , la masa del kaón neutro , la masa del mesón B neutro y la masa del mesón B cargado son conocidas por cinco.

Creemos que sabemos, en principio, al menos, los términos exactos de todo el Lagrangiano del Modelo Estándar , y podríamos ponerlo en una camiseta (grande). La función beta de cada una de las constantes físicas del modelo estándar se puede calcular, en principio, sin ninguna entrada experimental (y generalmente se calcula de esa manera en la práctica).

En principio, las masas de los hadrones son en gran medida una función de las masas de los quarks y de la constante de acoplamiento de la fuerza fuerte. Las constantes físicas utilizadas para calcular los ajustes a esas estimaciones de masa a partir de los efectos de la fuerza electromagnética y débil también se conocen con mucha precisión (hasta ocho dígitos significativos o más). También podemos explotar las reglas de suma de QCD , usando combinaciones de medidas existentes, incluidas, entre otras, las medidas de masa de hadrones.

Pero, las masas de los quarks arriba y abajo se conocen con solo un dígito significativo de precisión, y la constante de acoplamiento de fuerza fuerte y las masas de los quarks se conocen solo con tres o cuatro dígitos significativos. Además, aunque estos valores no son tan precisos como nos gustaría, podemos refinar nuestras técnicas para reflejar el área estrecha del espacio de parámetros que permiten las mediciones existentes de estos parámetros, en nuestros esfuerzos por determinar los valores de estas constantes físicas con mayor precisión. .

Entonces, ¿por qué no podemos aplicar ingeniería inversa a las masas de hadrones exactamente medidas , usando ecuaciones que conocemos exactamente, al menos en principio, para obtener valores más precisos para la constante de acoplamiento de fuerza fuerte y las masas de quarks? ¿Es esto simplemente una cuestión de potencia computacional insuficiente dedicada al problema? Si no, ¿cuáles son los obstáculos?

Las personas creativas han estado pensando en una teoría de acoplamiento fuerte QCD, durante casi medio siglo, sin éxito. Invertir más dinero en gigantescas simulaciones por computadora solo puede llegar hasta cierto punto, con beneficios posiblemente justificables. ¿No es demasiado amplia la pregunta de su amplio panel de opinión?
@CosmasZachos Mi impresión es que sabemos cómo, a nivel de fuerza bruta, hacer estos cálculos, pero que hay tantos componentes, incluso para, por ejemplo, un cálculo de cinco bucles, que cada bucle adicional requiere exponencialmente más esfuerzo de cálculo. Ciertamente no estoy menospreciando el arduo trabajo realizado hasta ahora. En cambio, me pregunto si hay una ruta bastante sencilla para progresar en este frente que ha recibido fondos insuficientes porque no es glamoroso y no tiene un gran electorado, o si en cambio hay algún otro tipo de barrera que no conozco. No entiendo este enfoque.
No, la teoría de la perturbación nunca capturará con firmeza características no perturbativas, 5 o 37 bucles. No, las simulaciones de celosía no están subfinanciadas: en todo caso, están sobrefinanciadas por una fe inapropiada en la computación ciega. Invertir más fondos en tales priva a la ciencia, una empresa de ideas, de disminuir el apoyo y la daña irreparablemente.
No soy un experto en este campo en particular, pero observo que muchos de los poderosos métodos de resumen que le permiten obtener la expansión de acoplamiento fuerte utilizando solo unos pocos términos de la expansión de acoplamiento débil no se conocían antes de mediados de la década de 1990. Estos métodos matemáticos, a menudo bastante simples, no eran prácticos en los días previos al CAS. Muchos investigadores fueron educados antes de ese momento, no comprenden completamente el potencial que esto tiene para ofrecer. Incluso un gran experto en el campo con el que hablé hace varios años se mostró escéptico cuando sugerí aplicar sus métodos a una escala mucho mayor.
Dijo que obtendrá una gran cantidad de ecuaciones desordenadas, no había forma de manejarlas correctamente. Pero en los años posteriores, he podido obtener buenos resultados usando tales métodos, aunque aplicados a los problemas en los que trabajo, no a nada relacionado con QCD.
@CosmasZachos La necesidad de no perturbar se debe a que la estructura de hadrones está en el IR. Gracias por señalar eso. ¿Qué tienen exactamente los cálculos de celosía que los convierte en instrumentos tan toscos para la ingeniería inversa? No estoy tan familiarizado con la mecánica de cómo funciona eso como lo estoy con la teoría de la perturbación.
@CountIblis ¿"CAS" significa "ciencia asistida por computadora"? Si no, ¿qué representa?
CAS = Sistema de álgebra computacional, por ejemplo, Mathematica.

Respuestas (1)

Quizás una analogía ayude: podemos medir la aceleración local de la gravedad gramo con exquisita precisión. Pero nadie sabe lo suficiente sobre la estructura detallada de la Tierra para convertir eso en un valor preciso de Newton. GRAMO .

Aunque los cálculos de QCD de celosía han recorrido un largo camino, todavía carecemos de modelos verdaderamente detallados de la estructura interna de los hadrones. Esos todavía tienen grandes incertidumbres en relación con lo que quiere hacer el OP.

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