Existieren Teilchen nach der Quantenfeldtheorie?

Ich habe gelesen, dass in der QFT nur Felder existieren und eine Fluktuation in diesen Feldern das ist, was wir als Teilchen sehen. Können wir also in diesem Sinne den Begriff der Teilchen völlig außer Acht lassen und sie einfach als Schwankungen von Feldern betrachten?

Ja. Obwohl es aus praktischen Gründen besser ist, Teilchen als Teilchen zu sehen .
Quantenfelder messen die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen zu entdecken. Wenn ich heute mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% einen Brief per Post erhalte, was von beiden hat eine physische Existenz, der Brief oder die Wahrscheinlichkeit, dass ich ihn erhalte? Sie müssen zuerst definieren, was "vorhanden" bedeutet. Wenn „existiert“ „beobachtet“ bedeutet, dann existieren keine Quantenfelder. Selbst wenn es Ihnen gelänge, „Existenz“ so weit zu definieren, dass mathematische Abstraktionen als physisch existierende Objekte eingeschlossen würden, blieben Partikel immer noch grundlegender.

Antworten (2)

Ich denke, das ist vor allem eine Frage der Terminologie.

Die Art und Weise, wie QFT normalerweise gelehrt wird, beschreibt die Felder in Form von Fock-Zuständen, und es sind die Anregungen dieser Fock-Zustände, die die Teilchen beschreiben. Beachten Sie hier meine Terminologie - ich sage nicht, dass Teilchen die Anregungen der Fock-Zustände sind , ich sage, dass sie durch die Anregungen der Fock-Zustände beschrieben werden. Das Quantenfeld ist ein Operatorfeld, dh ein mathematisches Objekt, und es ist schwer vorstellbar, wie dieses mathematische Objekt angeregte Zustände haben kann, die tatsächlich beobachtbare Teilchen sind.

Aber dann beginnt Steven Weinberg in seinen QFT-Büchern eher mit den Teilchenzuständen als mit dem Feld, dh genau dem entgegengesetzten Ansatz. Es ist also nicht offensichtlich, dass wir behaupten können, dass das Feld das fundamentale Objekt ist und die Teilchen nur Manifestationen davon darstellen.

Letztendlich können wir die Objekte, die wir Teilchen nennen, experimentell beobachten , und die Frage, wie wir sie mathematisch genau beschreiben, erscheint ziemlich abstrakt.

Aber der Unruh-Effekt zeigt Ihnen Probleme mit der Behandlung von Partikeln als grundlegend. Also lieber alle Felder.
@AHusain Wurde der Unruh-Effekt beobachtet?
Ich verstehe, dass wir Teilchen beobachten, aber ist das, was wir beobachten, falsch? Zum Beispiel interpretieren wir das, was wir beobachten, als Teilchen, aber es sind wirklich nur Schwingungen in irgendeinem Feld?
@safesphere Schau dir dumme (Sound-)Löcher an. Tut den Fall mit Phononenfeld.
@Cleo Es spielt keine Rolle, welches Etikett Sie ihnen geben. Der Punkt ist, dass wir konsistente Objekte mit gut definierten und stabilen Parametern beobachten. Zum Beispiel sind alle Elektronen vom Standpunkt aus identisch, dass sie die gleiche Masse, 1/2 Spin, elektrische Ladung, Elektron/Lepton-Ladung haben. "Partikel" bedeutet nicht "kleine Kugeln", darum geht es nicht. Der Punkt ist, dass wir niemals ein "halbes Elektron" oder "0,1 eines Elektrons" oder "1,5" beobachten. Es ist immer einer oder, wenn es mehrere sind, dann eine ganze Anzahl von ihnen. Es steht Ihnen frei, sie als "Feldschwingungen" zu betrachten, aber dieses "Feld" wurde nicht beobachtet. [...]
@Cleo Außerdem sind Quantenfelder von Natur aus nicht beobachtbar, da sie die Wahrscheinlichkeit der Beobachtung eines Teilchens vorhersagen. Wenn Sie zum Beispiel würfeln und die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Ergebnisses berechnen, dann würden Sie „die Wahrscheinlichkeit“ niemals als ein physisches Objekt sehen, egal wie genau Sie es beobachten. Was Sie sehen würden, sind die physischen Würfel in einer bestimmten Konfiguration. Also noch einmal, Sie können Partikel als „Anregungen des Feldes“ bezeichnen, aber es würde nichts an der Tatsache ändern, dass, wenn existieren = beobachtet, dann Partikel (oder „Anregungen“, wenn Sie so wollen) existieren, aber Quantenfelder nicht.
@safesphere, um es klar zu sagen, Partikel und Feldvibrationen beschreiben im Wesentlichen eine Sache, die Sie gesagt haben, "beobachten Sie konsistente Objekte mit gut definierten und stabilen Parametern", sodass Sie keinen der beiden Begriffe wirklich ablehnen können.
Partikel gehorchen eindeutig dem, was die Felder ihnen sagen, aber "widerwillig" in einer zufälligen Reihenfolge. In gewisser Weise sind die Felder also „real“ und müssen irgendwie irgendwo „existieren“, auf einer anderen Existenzebene als wir. Es ist, als gäbe es eine separate Realität mathematischer Abstraktionen, die über unserer physischen Realität liegt und für diese verantwortlich ist. Niemand weiß, wie das funktioniert. Experimentatoren beobachten Teilchen. Mathematiker verehren Quantenfelder und prangern die physikalische Realität an. Deshalb gibt es über 20 Interpretationen der Quantenmechanik. Eine riesige Computersimulation könnte eine mögliche Erklärung sein.
Wie beobachten wir Teilchen als solche? In Bezug darauf, dass sie kleine harte Klumpen sind, meine ich. Wenn nicht, ist es nicht wirklich ein Teilchen.

Um die Frage direkt zu beantworten, ja. Ich stimme Johns Antwort nicht zu: Felder sind sicherlich grundlegend in QFT - Weinberg geht von der Geschichte und der streuenden Intuition des Lesers von QM aus, aber seine Bände basieren definitiv auf Feldern. In einigen Fällen ist es absolut falsch, von Partikeln zu sprechen, daher ist die Unterscheidung wichtig.

Ein Teilchen beschreibt das Phänomen einer Quantenfeldanregung, bei der die zugrunde liegende mathematische Struktur die eines reellen/komplexen/spinorwertigen Feldes über einer Raumzeit-Mannigfaltigkeit ist. Bei Weinberg gibt es eine Diskussion über kleine Gruppen, die meiner Meinung nach die beiden Begriffe sehr elegant verbindet: Teilchenzustände werden durch ihre kleinen Gruppendarstellungen gekennzeichnet. Der quantenmechanische Spin kann zum Beispiel als kleine Gruppe SU(2) betrachtet werden, die mit der Rotationsinvarianz in einem bestimmten Rahmen verbunden ist. Der Teilchenzustand würde also durch den Impuls im Rahmen und die Darstellung von SU (2) gekennzeichnet, die in halben ganzen Zahlen vorliegen. So würde man aus QFT-Perspektive über Energie- und Spinquantenzahlen nachdenken.

Normalerweise ist es in Ordnung, phänomenologisch zu denken - eine lokale Anregung des Dirac-Feldes kann man sich sicher als Teilchen vorstellen. Was ist, wenn ich eine stark wechselwirkende Theorie habe? Was ist, wenn ich kollektive Erregungen habe? Was ist, wenn ich über nicht lokale Betreiber sprechen möchte? Die Partikel-Intuition wird Sie im Stich lassen, je tiefer Sie in die Feinheiten von QFT eintauchen. Man könnte argumentieren, dass diese Intuition ein wertvolles Lernwerkzeug ist, insbesondere wenn man aus dem QM kommt, aber man sollte sie als Stützräder betrachten und sie so schnell wie möglich abschaffen, wenn man sich für Hochenergietheorie interessiert.

Existieren Teilchen nach der Quantenfeldtheorie?
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