Ist es ein Zufall, dass Quarks genau -1/3 oder 2/3 der Ladung des Elektrons haben? [Duplikat]

Ich habe diese Fragen gelesen:

Warum haben Quarks eine Bruchladung?

Gibt es eine Erklärung für das 3:2:1-Verhältnis zwischen den elektrischen Ladungen des Elektrons, des Up- und des Down-Quarks?

Hypercharge für U ( 1 ) In S U ( 2 ) × U ( 1 ) Modell

Gibt es eine Idee, warum die elektrischen Ladungen von Elektron und Myon gleich sind?

Warum haben Elektron und Proton die gleiche, aber entgegengesetzte elektrische Ladung?

Meine Frage ist anders. Wir leben in einer Welt, in der Quarks einen reellen Bruchteil der Elementarladung haben können (-1/3 oder 2/3). Ich verstehe, dass die experimentellen Daten zu den Modellen passen und dass Baryonen aus drei Quarks bestehen und dass diese Quarks -1/3 oder 2/3 der Elementarladung haben können. Auf diese Weise können sich die Quarks verbinden, so dass das Baryon eine ganze Zahl der Elementarladung hat. Auf diese Weise können sich der Kern und das Elektron in einem stabilen atomaren Zustand befinden, in dem sich ihre elektrischen Ladungen genau aufheben (anziehen). Anders wäre das Atom nicht stabil.

Elektron sagt also: Hey Quarks, lasst uns ein Team bilden, lasst uns ein Atom machen.

Quarks: Hey, tolle Idee, wie viel elektrische Ladung hast du? Nennen wir es e. OK, also werden wir uns zu dritt zusammenschließen, also nehmen wir einfach für jeden von uns -1/3 oder 2/3 Ihrer Gebühr.

Elektron sagt: Großartig!, ich fühle es, so können wir ein stabiles Atom haben.

Quarks: Großartig!

Ich meine, komm schon! Ich verstehe den Respekt, dass die experimentellen Daten uns sagen, dass Elektronen und Quarks beide Elementarteilchen sind.

Es scheint, dass sich die Quarks genau so drei von ihnen in Baryonen zusammengeschlossen haben, dass sie genau die elektrische Ladung des Elektrons aufheben (anziehen) können. Jetzt verstehe ich, dass es Baryonen geben könnte, die aus vier Quarks bestehen, und sie könnten dann -1/4 und 3/4 Ladung der Elementarladung des Elektrons haben. Dies würde auch funktionieren, und das Neutron und das Proton hätten auf die gleiche Weise eine ganze Zahl der Ladung des Elektrons. Das Atom wäre also stabil.

Wir könnten dies mit einer beliebigen ganzzahligen Anzahl von Quarks tun. Aber komm schon, meine Frage ist, was wäre, wenn die Ladung der Quarks nur -1/sqrt(3) und 2/sqrt(3) sein könnte? Aus wie vielen Quarks bräuchten wir dann den Atomkern, damit er der Ladung des Elektrons entspricht? Ist es mathematisch möglich, irgendeine Art von elektrischer Ladung für das Quark zu haben? Wir könnten einfach so viele Valenzquarks in ein Baryon stecken, dass ein stabiles Atom entsteht?

Frage:

  1. Ist es ein Zufall, dass Quarks -1/3 und 2/3 der Ladung des Elektrons haben und es drei Quarks in einem Baryon gibt? Könnten wir Quarks mit irgendeiner Art von elektrischer Ladung haben, wie Sqrt(3)*Elementarladung? Könnten wir auf diese Weise auch ein stabiles Atom herstellen? Wie viele Quarks würden wir in diesem Fall in ein Baryon stecken, um Atome stabil zu machen?

  2. Ich akzeptiere und respektiere, dass Elektronen derzeit Elementarteilchen sind. Ist es aus heutiger Sicht unmöglich, dass sowohl Elektronen als auch Quarks aus demselben Kleineren (Strings) aufgebaut sind?

Es ist bedauerlich, dass diese Frage so viele Stimmen anhäuft, dass eine umfassende Antwort viele interessante Punkte berühren könnte – warum Baryonen N-Quarks haben (für verschiedene Eichgruppen), die Kompaktheit der Eichgruppe als Ursache für die Ladungsquantisierung und das Zusammenspiel zwischen Einschluss und Aufladung; zusammen mit bereits erwähnten Themen wie Anomaly Cancellation und Grand Unification.
Dann stimmen Sie bitte für die Wiedereröffnung ab. Die erwähnte Frage und die darin enthaltenen Antworten beantworten meine Frage nicht.
Tipps: 1. Wenn Sie der Meinung sind, dass eine Antwort Ihre Frage nicht beantwortet, sollten Sie sie nicht annehmen. 2. Stellen Sie nur 1 Unterfrage pro Beitrag.

Antworten (1)

Die Ladungen der Quarks müssen einfache Bruchteile der Elektronenladung sein e , weil sonst die Ladungserhaltung bei Quantenkorrekturen zusammenbrechen würde. Die Brüche müssen nicht sein − 2 3 Und 1 3 speziell. In einfachen Modellen mit 2 N + 1 Quarks, aus denen das Proton besteht (die Anzahl der Quarks muss ungerade sein, damit die Nukleonen immer noch Fermionen mit Spin- 1 2 ), tragen die Quarks natürlicherweise Ladungen − N + 1 2 N + 1 e Und N 2 N + 1 e . Und ausgefeiltere zusammengesetzte Nukleonenmodelle können Bestandteile mit anderen rationalen Vielfachen von haben e .

Allerdings sind nicht alle Bruchteile von e als Ladungen der konstituierenden Quarks zugelassen werden. Außerdem sind irrationale Vielfache der Elektronenladung im Allgemeinen nicht möglich. Der Grund liegt in der Struktur der vollständigen elektroschwachen Wechselwirkung, von der der Elektromagnetismus nur ein Teil ist. In der relativistischen Quantenfeldtheorie gibt es Quantenkorrekturen, die die Wechselwirkungen von drei separaten Eichbosonen (Photonen, Z 0 , Und W ± ) mit virtuellen Fermion-Antifermion-Paaren. Die beteiligten Fermionen können Quarks, Elektronen, Myonen, Neutrinos usw. sein, und die Größen der Quantenkorrekturen werden (teilweise) durch die Ladungen dieser Fermionenarten bestimmt. Wenn die Quark- und Elektronenladungen nicht im richtigen rationalen Verhältnis stehen, sind bestimmte Quantenkorrekturen ungleich Null.

Diese Terme der Quantenanomalie führen zu einer Nichterhaltung der klassisch konservierten Ströme in der Theorie, und dies zerstört mehrere notwendige Eigenschaften der Theorie – Stabilität, Einheitlichkeit und Renormierbarkeit. Wenn wir eine wohldefinierte Quantentheorie haben wollen, müssen diese Anomalieterme genau null sein. Dies ist als "Anomalie-Auslöschung" bekannt, und dies legt strenge Beschränkungen fest, wie die Werte der verschiedenen Fermion-Spezies in Beziehung gesetzt werden können.

Ist es ein Zufall, dass Quarks genau -1/3 oder 2/3 der Ladung des Elektrons haben? [Duplikat]
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