Begriffsverwirrung - "Partikel"

Wer behauptet, dass es nur Felder der in der Teilchentabelle der Elementarteilchen angegebenen Teilchen gibt und Teilchen ein emergentes Phänomen sind, sind Platoniker . Das heißt, sie glauben, dass mathematische Funktionen als Formen existieren und die Natur die Form mit dem entsprechenden Verhalten füllt. Dies sind in der Regel theoretische Physiker.

Experimentalphysiker glauben, dass die Natur existiert, und Mathematik ist ein Werkzeug, das es ermöglicht, die Natur zu modellieren, sie zu beschreiben und zukünftiges Verhalten vorherzusagen, aber im Moment gibt es keine endgültige Theorie oder Sichtweise.

Damals, als ich 1961 im Aufbaustudium war, lernte ich Feldtheorie in einem Kernphysikkurs, wobei die Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren an Kernen arbeiteten (ich habe das meiste vergessen) und Kernphysiker arbeiten immer noch daran. . Daher betrachte ich die Feldtheorie als ein schönes Berechnungswerkzeug für Vielteilchensysteme, aber für mich als Experimentalphysiker existieren Teilchen.

Die Verwirrung verschwindet, wenn man definiert, was ein Teilchen in der klassischen Physik ist, wie der Name zu kosmischer Strahlung und Teilchenphysik zu einem Begriff wurde und was eine Quantenfeldtheorie ist.

Ein Teilchen in der klassischen Mechanik kann kinematisch durch seine Masse beschrieben werden und die Bewegung seines Schwerpunktsystems ist eine einzigartige und spezifische Trajektorie und charakterisiert seine Bewegung. Ein Auftreffpunkt des klassischen Teilchens ist ein bestimmtes (x,y,z) zum Zeitpunkt t. Ein Ball trifft an einem Punkt auf eine Wand.

Schauen Sie sich dieses Blasenkammerbild an und sagen Sie mir, dass dies keine Teilchen im Sinne der klassischen Physik sind, die sich in einem Magnetfeld senkrecht zur Bildebene drehen:

Der quantenmechanische Rahmen, komplett mit seinen Werkzeugen für feldtheoretische Berechnungen, muss eintreten, um die Zerfälle und ihre Winkelverteilung mathematisch zu modellieren, und es ist abgedroschen zu behaupten, dass diese Verteilungen probabilistisch sind und den quantenmechanischen Regeln gehorchen.

So zeigt beispielsweise das Pion je nach Randbedingungen klassische Teilchenidentität und am Zerfallspunkt seine quantenmechanische Natur, die es erfordert, den gesamten quantenmechanischen Hintergrund zu beschreiben und vorhersagbare Aussagen zu treffen.

Es ist wirklich die „Welle-Teilchen“-Dualität, die in diesem einfachen Bild dargestellt wird, wobei „Welle“ durch „Quantenfeldtheorie“ ersetzt wird.

Wenn Experimente in der Zukunft eine "Theory of Everything" validieren , wäre ich bereit, die platonische Idee zu übernehmen, weil es bedeutet, dass jede Messung durch den EVG vorhersagbar sein wird. Aber da jede Generation von Physikern glaubt , alle physikalischen Fragen gelöst zu haben und nur technische Probleme übrig bleiben , verfallen die Platoniker höchstwahrscheinlich in die Hybris des Denkens, wir hätten das Ende unserer Naturbeobachtungen erreicht und wir brauchen keine neuen oder sogar radikalen mathematischen Werkzeuge, um sie zu beschreiben es.

Der moderne Standpunkt ist, dass es keine Teilchen gibt, sondern nur Felder. Anregungen dieser Felder verhalten sich jedoch wie Teilchen, und Sie können viele Zustände in einer gegebenen Feldtheorie in einem Teilchenbild interpretieren, in dem Sie sie als Teilchen betrachten. Nichts daran ist von Natur aus falsch, solange Sie die zugrunde liegende Physik kennen.

Soweit ich das beurteilen kann, abgesehen von der Tatsache, dass sich Feldanregungen beim Erkennen wie Teilchen verhalten, nennen wir es "Teilchenphysik", weil es einfacher zu sagen und zu erklären ist und sich gut auf ältere Terminologie abbilden lässt Das ist nicht falsch für die Experimente, die die meisten Leute machen.

Derzeit habe ich Probleme, mir einen Namen auszudenken, der technisch genauer wäre, der nicht zu lang und kompliziert ist. "Feldphysik" würde nicht funktionieren, weil Felder ein zu allgemeines Konzept sind und es oft nicht den Kern dessen erreicht, was Menschen tun; "Felderregungsphysik" ist nur ein Bissen und würde im Allgemeinen zu viele Erklärungen erfordern. "Teilchenphysik" bringt die wichtigen Dinge auf eine Weise auf den Punkt, die Praktiker verstehen und leicht verstehen können, ohne eine wirklich falsche Vorstellung davon zu bekommen, was vor sich geht.

Nun, der "moderne Standpunkt" in @Jared Dziurgots Antwort wird nicht von allen geteilt. Genauso gut kann man sagen, dass es nur Teilchen gibt und Felder nur hilfreiche mathematische Werkzeuge sind, um sie zu beschreiben. Ein berühmter Förderer dieser Perspektive ist zum Beispiel Nima Arkani-Hamed . Er sagt gerne:

"Teilchen sind physikalisch, Felder nicht - fragen Sie einfach Ihre experimentellen Kollegen, was sie messen ... "

Dies gilt auch für die Antwort von @Darkseid. Die magnetischen und elektrischen Felder, die wir messen, bestehen bei genauerem Hinsehen aus vielen vielen Teilchen.

Das ist eine ontologische Frage. Verschiedene Personen können unterschiedliche Standpunkte zu diesem Thema äußern. Es ist etwas Wahres daran, dass sowohl Teilchen als auch Felder fundamental sind.

In gewissem Sinne beinhalten alle unsere Experimente Teilchen. Wir beschleunigen und kollidieren Hadronen, Leptonen und interessieren uns im Allgemeinen für die Teilchen, die sie produzieren. So gesehen könnte man sagen, dass die Felder nur ein bequemes Instrument sind, um dies zu beschreiben.

Andererseits sind magnetische und elektrische Felder beobachtbar (z. B. durch Partikelspuren in einer Nebelkammer). Dies könnte darauf hindeuten, dass die Felder fundamental sind.

Alles in allem sind beide Ansichten richtig, solange Sie wissen, wie es von den zugrunde liegenden Prinzipien funktioniert.

Das Konzept „Teilchen“ kommt von unserem Bedürfnis, die Natur in Begriffen zu erklären, die wir verstehen können. Es bedeutet nicht unbedingt, dass es so etwas wie ein Teilchen gibt. Es bedeutet nur, dass wir bestimmte Phänomene beobachten können und es bequem finden zu sagen, dass sie einem Teilchen entsprechen.

Welche Definition Sie verwenden möchten, es muss immer vom Kontext abhängen, in dem Sie sie verwenden. Und dort ist sie auch gültig. Das Konzept des Teilchens ist in der klassischen Mechanik und einigen Aspekten der Quantenmechanik sehr nützlich. Je tiefer wir in die mikroskopische Welt vordringen, desto mehr verliert sie ihre Gültigkeit.

Die aktuelle und beste Beschreibung, die wir von dieser subatomaren Welt haben, wird durch die Quantenfeldtheorie beschrieben, und die zugrunde liegenden "Bausteine" sind die Felder. Dies ist ein anderer Kontext als die klassische Mechanik. Die Felder in der Quantenfeldtheorie erzeugen Phänomene, von denen wir bequem sagen können, dass sie von Teilchen erzeugt werden, wenn wir sie mit Begriffen erklären möchten, mit denen wir vertrauter sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, ob "Teilchen" existieren, ist tatsächlich eine ontologische/erkenntnistheoretische Frage und sollte einen Physiker nicht beunruhigen. Überlassen Sie es den Philosophen.

Es lohnt sich, sich daran zu erinnern, wie andere angedeutet haben: „Alle Modelle sind falsch, aber einige sind nützlich“ . Da passt die Wahl eines Wellen- oder Teilchenmodells genau hin. Menschen nehmen oft ganz bestimmte Positionen zu solchen Dingen ein, wenn sie in der Öffentlichkeit aufschieben, auch wenn sie im Privaten vielleicht einen gewissen Sinn in den Alternativen sehen.

Die Wave-Particle-Diskussion hat zwei verschiedene Aspekte.

Die erste ist die Unterscheidung zwischen Klassisch und Quantum, und oft wird dieser Fall verwendet. Der klassische Newtonsche Ansatz wird irgendwann versagen und eine breitere Methode wird nützlich. In diesem Fall werden die Unterscheidungen künstlich grob und übertrieben gemacht, indem eine aufmerksamkeitsstarke Phraseologie verwendet wird, die versucht, jeden Gedanken herauszupressen.

Das zweite ist das Konzept, dass es sich um einen Welle-Teilchen- Dualismus handelt, wobei es eine mathematische Äquivalenz zwischen den beiden Ansätzen gibt. Normalerweise lassen hier beide Seiten einen angeblich untergeordneten Faktor für ihren Ansatz fallen, der dann die Dualität bricht. Partikel haben keine Breite. Wellen haben kein Zentrum. Die meisten Wellenansätze geben vor, dass die Welle eben und unendlich ist, also unendliche Energie hat (oder vernachlässigbar ist). Oder es ist polarisiert und sphärisch (Mott), also ohne Pole.

Sobald man einen Wellenursprung und eine Wellenrichtung erhält, hat man ein „Teilchen“. Genauso wie 'Partikel' eine Breite für ihre Fusselball-Existenz gewinnen müssen. Sie sind dann quantenrealistisch, während die ebene Welle / perfekte Impulsansicht ein nicht-physikalisches mathematisches Ideal war.

Die zusätzliche Information ist, dass die meisten Physiker anscheinend die Entwicklungen in Wavelets verpasst haben, die einen Satz von Wellenfunktionen „Wavelets“ bereitstellen, die eine kompakte Unterstützung für ihre endliche Energie haben und einen vollständigen Satz von Basen für diese „Teilchen“ bilden. Insbesondere „ The Friendly Guide to Wavelets “ von Gerald Kaiser (Mathematiker) behandelt, wie sie die EM-Wellengleichung und die Schrödinger-Gleichung lösen, und woher die Unschärferelation kam (Fourier), und dass Heiseberg sie mit dem Quantensystem verknüpfte.

Weder einfache Wellen noch Punktteilchen sind gute Repräsentationen der physikalischen Realität.

Der Schlüssel zur Lösung Ihrer Verwirrung besteht darin, sich daran zu erinnern, dass SM, QM, QFT usw. nur Modelle sind , deren Zweck es ist, uns zu helfen, unsere Welt zu verstehen. Außerdem müssen Sie verstehen, dass jedes dieser Modelle sein eigenes Vokabular, seinen eigenen Jargon und seine eigenen Ausdrücke hat, die zur Beschreibung ihrer Theorien verwendet werden. Wenn also QFT „Anregungsfelder“ für etwas verwenden möchte, das SM „Partikel“ nennt, sollte es Ihnen keine Probleme bereiten. Sie müssen nur den "Jargon" jedes Modells lernen, damit Sie es verstehen können.