¿Por qué los físicos creen que las partículas son puntuales?

En el modelo estándar (como en toda la teoría relativista cuántica de campos tradicional), las partículas son puntuales. Todos los hechos experimentalmente disponibles sobre microfísica parecen ser consistentes con el modelo estándar. Esta es la razón (completamente suficiente) para creer que las partículas en la Naturaleza son puntuales.

Puntual es un término técnico que se refiere al hecho de que en el modelo estándar, el Lagrangiano es una función de campos en el mismo punto (en lugar de integrales sobre campos en algún pequeño vecindario de este punto, descrito por factores de forma que especifican el '' forma'' de la partícula).

Sin embargo, la razón principal por la que muchos físicos especulan que (a una resolución mucho mayor) las partículas podrían no ser puntuales es que no se sabe cómo armonizar la teoría cuántica de campos con las fuerzas gravitatorias, mientras que la teoría de cuerdas (donde las partículas son como cuerdas) parece ofrecer una forma potencial de hacerlo. Nadie sabe hasta qué punto estas especulaciones resultarán ser correctas.

La navaja de Occam sugiere que en la explicación más simple está la más probable. Los físicos supondrán que las partículas elementales son puntuales, hasta que tengan evidencia que sugiera lo contrario.

Pointlike y point son conceptos completamente diferentes. El planeta Júpiter tiene una precisión de 6 o más decimales cuando se estudia la evolución dinámica del sistema solar. ¡No significa que Júpiter sea un punto! El hecho de que algo se comporte como un punto siempre ha significado que aún no sabemos lo suficiente. La teoría de cuerdas es una teoría sobre un nivel más profundo, hay otras.

Así que no creo que muchos físicos realmente piensen que el electrón es un punto. Es solo que no necesita preocuparse por ninguna estructura cuando trabaja con energías insignificantes de 100GeV o menos...

Su pregunta se basa en la suposición de que el vacío está vacío y las materias (incluidas las partículas) son cosas que colocamos en el vacío vacío. Pero el efecto Casimir muestra que el vacío no es vacío sino un medio dinámico. Esto condujo a un punto de vista emergente de las partículas elementales: son movimientos colectivos cuantificados del medio vacío.

En un enfoque, consideramos el vacío como una colección de qubits. (es decir, el espacio es un océano de qubits). Si esos qubits forman un líquido de red de cuerdas, entonces los movimientos colectivos cuantificados de los qubits pueden dar lugar a fotones, electrones, etc. Entonces, las partículas elementales, como los fotones y los electrones, no son elementales en el sentido de que existen teorías subyacentes, como el modelo de qubit cuántico en la red, del cual se pueden derivar como una aproximación efectiva (ver, por ejemplo, nuestro artículo arXiv:hep-th/0302201 ). Bajo tal imagen emergente, si examinamos de cerca las partículas elementales, vemos los qubits que forman todo el espacio. La cuestión de si las partículas elementales son puntuales o no no tiene sentido dentro del enfoque de la emergencia.

La condensación de red de cuerdas proporciona un origen unificado para las interacciones de calibre y las estadísticas de Fermi: tanto los bosones de calibre elementales (como fotones, gluones) como los fermiones elementales (como electrones, quarks) pueden emerger como cuasipartículas en un modelo de espín cuántico en red. si el modelo de espín cuántico tiene un "estado condensado de red de cuerdas" como su estado fundamental. Aquí se puede encontrar una comparación entre el enfoque de red de cuerdas y el enfoque de supercuerdas .

Hay una predicción falsable de la teoría de la red de cuerdas: todos los fermiones (elementales o compuestos) deben llevar cargas de calibre (consulte nuestro artículo cond-mat/0302460 ). El modelo estándar contiene fermiones compuestos que son neutros para$U(1)\times SU(2)\times SU(3)$teoría del calibre. Entonces, de acuerdo con la teoría de la red de cuerdas, el modelo estándar está incompleto. El modelo correcto debe contener teoría de calibre adicional, como un$Z_2$teoría del calibre. Entonces, la teoría de la red de cuerdas predice la teoría de la medida discreta adicional y las nuevas cuerdas cósmicas asociadas con la nueva teoría de la medida discreta.

El enfoque de emergencia también puede producir gravedad cuántica (lineal) a partir de modelos de espín cuántico (ver nuestro artículo arXiv:0907.1203 ). Sin embargo, el enfoque de emergencia (como la teoría de la red de hilos), hasta ahora, no logra producir el acoplamiento quiral entre el$SU(2)$interacción débil y los fermiones.

Las partículas elementales en realidad no tienen forma ni tamaño, estas son cualidades emergentes que surgen de las interacciones entre las partículas. En la física cuántica, una partícula está representada por su estado cuántico, y si quieres describir eso en el espacio, obtienes una función de onda que nos dice qué parte de la partícula está presente en cualquier punto del espacio. Debido a que no existe un límite teórico para el tamaño de la región espacial donde la función de onda es distinta de cero, no puede asignar un tamaño finito a la partícula. Puedes imaginar la partícula como infinitamente pequeña (es decir, como un punto), o simplemente decir que el concepto de tamaño no es muy significativo.

Había estado preparando una respuesta a la pregunta duplicada .

hubo más preguntas que en la pregunta anterior, así que estoy respondiendo aquí:

¿Las partículas elementales son como puntos matemáticos?

En el modelo estándar de la física se supone que sí.

¿Tiene sentido en la mecánica cuántica y el modelo estándar piensa de esta manera?

Esta es la tabla de partículas elementales del modelo estándar de física de partículas .

Toda la materia es un compuesto de estas partículas, y sí, se modelan como partículas puntuales. Sí, el modelo matemático del modelo estándar ha sido validado una y otra vez, y sus predicciones basadas en la mecánica cuántica se cumplen, tan recientemente como el descubrimiento del Higgs.

¿Es cierto que dos partículas elementales son indistinguibles?

No, esto es incorrecto como declaración general. Los diferentes tipos de partículas (electrones, quarks...) se caracterizan por diferentes números cuánticos y son distinguibles.

El mismo tipo de partículas elementales son experimentalmente indistinguibles, dos electrones son intercambiables, excepto por sus números cuánticos en condiciones límite específicas. En general, no se puede adjuntar una tarjeta de identidad a una partícula elemental.

Las partículas canónicas poseen un radio real de dureza, que está determinado por la expresión de Compton$\lambda_\text{Compton} = \frac{h}{mc}$. Se puede leer más sobre esto aquí http://inerton.wikidot.com/canonical-particle

¿Por qué los físicos de partículas especulan sobre partículas puntuales? Me parece que esto está asociado con su educación; es decir, sus maestros les dijeron cosas equivocadas e implantaron un enfoque abstracto de visión de túnel a la realidad. Es una pena pero esta es la verdad.