Können wir aus der schwachen Isospin-Symmetrie auf die Existenz von Subquark-Teilchen schließen?

In der alten Theorie der starken Kraft, wo angenommen wurde, dass die starke Kraft von massiven Mesonen (Pionen) übertragen wird, wie man hier lesen kann :

Die Entdeckung des Neutrons im Jahr 1932 zeigte, dass Atomkerne aus Protonen und Neutronen bestehen, die durch eine Anziehungskraft zusammengehalten werden. Bis 1935 wurde die Kernkraft so konzipiert, dass sie von Teilchen übertragen wird, die Mesonen genannt werden. Diese theoretische Entwicklung beinhaltete eine Beschreibung des Yukawa-Potentials , eines frühen Beispiels eines nuklearen Potentials. Pionen, die die Vorhersage erfüllten, wurden 1947 experimentell entdeckt. In den 1970er Jahren war das Quark-Modell entwickelt worden, bei dem die Mesonen und Nukleonen als aus Quarks und Gluonen zusammengesetzt angesehen wurden. Nach diesem neuen Modell ist die Kernkraft, die aus dem Austausch von Mesonen zwischen benachbarten Nukleonen resultiert, ein Resteffekt der starken Kraft.

Protonen und Neutronen wurden nach der Einführung des Isospins als dasselbe Teilchen betrachtet . Da Isospin mathematisch als Spin beschrieben wurde (obwohl ihre Interpretationen völlig unterschiedlich waren), hatte das Proton eine Isospin-Projektion auf dem ICH z Achse von ICH z = 1 / 2 während die Isospin-Projektion des Neutrons ist ICH z = − 1 / 2 .
Der Name "Isospin" wird besser als "isobarer Spin" beschrieben, da er vom griechischen Wort für "schwer" (βαρύς, barýs) abgeleitet ist und Protonen und Neutronen (auf die Isospin angewendet wurde) fast die gleiche Masse haben. Bei den meisten Hadronen außer Neutronen und Protonen ist der Massenunterschied nicht annähernd Null (siehe diese Liste) und die Symmetrie ist stärker gebrochen.
Im selben Wikipedia-Artikel über Isospin kann man lesen:

Bevor das Konzept der Quarks eingeführt wurde, wurden Teilchen, die gleichermaßen von der starken Kraft betroffen sind, aber unterschiedliche Ladungen hatten (z. B. Protonen und Neutronen), als unterschiedliche Zustände desselben Teilchens betrachtet, die jedoch Isospinwerte bezogen auf die Anzahl der Ladungszustände aufwiesen.

Und auch

Eine genaue Untersuchung der Isospin-Symmetrie führte schließlich direkt zur Entdeckung und zum Verständnis von Quarks und zur Entwicklung der Yang-Mills -Theorie.

Dies führte zu der Formel ICH z = 1 2 ( N u − N D ) , was tatsächlich gibt ICH z = 1 / 2 für das Proton und ICH z = − 1 / 2 für das Neutron. Die em. Es wird angenommen, dass die Kraft die Symmetrie zwischen den beiden Teilchen leicht bricht (aus meiner Sicht deutet die Aussage, dass zwei Teilchen gleich sind, aber unterschiedliche Ladungen und eine etwas unterschiedliche Masse aufweisen, bereits darauf hin, dass sie aus anderen Teilchen bestehen).

In diesem Artikel über den schwachen Isospin kann man lesen:

In der Teilchenphysik ist schwacher Isospin eine Quantenzahl, die sich auf die schwache Wechselwirkung bezieht, und entspricht der Idee des Isospins unter der starken Wechselwirkung. Schwacher Isospin erhält normalerweise das Symbol T oder ICH mit der dritten Komponente geschrieben als T z , T 3 , ICH z , oder ICH 3 . Er kann als Eigenwert eines Ladungsoperators verstanden werden (siehe hier ).

Das schwache Isospin-Erhaltungsgesetz bezieht sich auf die Erhaltung von T 3 ; alle schwachen Wechselwirkungen müssen erhalten bleiben T 3 . Es wird auch durch elektromagnetische und starke Wechselwirkungen konserviert. Eine der Wechselwirkungen besteht jedoch mit dem Higgs-Feld. Da der Vakuumerwartungswert des Higgs-Feldes ungleich Null ist, interagieren Partikel ständig mit diesem Feld, selbst im Vakuum. Dies ändert ihren schwachen Isospin (und ihre schwache Hyperladung). Nur eine bestimmte Kombination davon, Q = T 3 + 1 2 Y w (elektrische Ladung), bleibt erhalten. T 3 ist wichtiger als T und oft bezieht sich der Begriff "schwacher Isospin" auf die "3. Komponente des schwachen Isospins".

Nun, die theoretische Vereinigung (manchmal fälschlicherweise verglichen mit der Vereinigung der elektrischen und magnetischen Kraft) erscheint mir ziemlich erfunden (zum Beispiel kann ich anscheinend nicht herausfinden, was genau eine Einheit schwacher Ladung ist).
Ist es also nicht möglich, dass, genau wie im Fall der alten starken Kraft, nach einer genauen Untersuchung der Isospin-Symmetrie letztendlich direkt zur Entdeckung und zum Verständnis der Quarks und zur Entwicklung der Yang-Mills-Theorie führte, eine genaue Untersuchung der schwachen Isospin-Symmetrie zu einer angeblichen Existenz von Subquark-Partikeln und einem zugehörigen Subquark-Lagrange führen kann, während die schwache Kraft eine Restkraft ist, so wie sich die alte starke Kraft als eine Restkraft herausgestellt hat?

"... scheint mir ziemlich erfunden zu sein (zum Beispiel kann ich anscheinend nicht herausfinden, was genau eine Einheit schwacher Ladung ist)." ist durch und durch verwirrend und verdient vielleicht eine eigene Frage. Eine Einheit schwacher Ladung ist genau eine Einheit schwacher Isospin-Ladung, oder?
Nun, aus dem gleichen Grund kann man sagen, dass eine Einheit einer starken Ladung genau eine Einheit einer starken Isospin-Ladung ist.
Nein: Das ist der Kern meiner Antwort. Schwacher Isospin ist die gemessene Gruppe in den schwachen Wechselwirkungen (teilweise), aber starker Isospin wird nicht in den starken Wechselwirkungen gemessen – was die Farbe SU(3) anzeigt , die die starke Ladung ist. Starker Isospin pendelt mit den starken Wechselwirkungen (~ wird von ihnen ignoriert / respektiert).
Warum konnte im Fall der alten Kernkraft nicht irgendeine Art von Higgs-Mechanismus (SSB und eine Lagrange-Invariante unter nichtlokalen Phasentransformationen (Eichmaß)) entwickelt werden, der den Pionen Masse verleiht? Natürlich wurden noch keine Quarks entdeckt, die diese Theorie schließlich einholen würden (vielleicht könnte diese Theorie überleben, wenn niedrige Energien berücksichtigt werden). Es ist sehr wahr, dass moderne SM eine beeindruckende mathematische Struktur ist.
Was aber, wenn neue Subquarks, wie die beiden im Rishon-Modell, die das Higgs-Boson zu einem Teilchen machen, das nicht notwendig ist, um Masse bereitzustellen (was nicht heißt, dass es nicht existiert), gefunden werden? Wäre der SM noch gültig? Bei kleinen Energien im Vergleich zu den Energien, sie zu finden ( falls sie gefunden werden)? Ich halte das für sehr gut möglich, genauso wurden Quarks in Protonen gefunden). Diese Theorie ist (zumindest für mich) zufriedenstellender, da alle drei Kräfte von masselosen Teilchen (dem Photon, dem Gluon und dem Hypergluon) übertragen werden.
Die Rishons reisen immer mit Lichtgeschwindigkeit (was zeigt, wie stark die Hyperfarbladung ist) und erhalten ihre Masse als Folge ihrer potentiellen Energie. Das Neutrino (eine Kombination aus drei neutralen, elektrisch neutralen Rishons) hat immer noch Lichtgeschwindigkeit (na ja, fast), weil es seit seiner Entstehung nicht interagiert hat. Die Elektronen hatten bei ihrer Entstehung wahrscheinlich dieselbe Chiralität (eine Kombination aus drei elektrisch geladenen Rishons, die sich mit c bewegen), die sich nach vielen EM-Wechselwirkungen in einer rechtsseitigen und einer linksseitigen Helizitätskomponente entwickelt hat.
Wie auch immer, würde die Entdeckung solcher Teilchen (zwei masselose Rishons) das SM signifikant verändern oder würde es bei niedrigen Energien gültig bleiben?
Alle neuen Konstrukte und Entdeckungen müssen die SM in ihren Grundlagen als effektive Theorie bewahren, genauso wie die SM die 4-Fermi-Theorie beinhaltete/bewahrte/erweiterte.
Verstanden. Das dachte ich mir schon. Aber wird die Interpretation auch gleich bleiben?
Etwas subjektiv... Interpretationen dualisieren und verweben sich...
Aber wenn diese Teilchen gefunden werden, was bedeutet das (zum Beispiel) für den Higgs-Mechanismus?
Ich behaupte sehr wenig, aber Sie haben sich meilenweit von der ursprünglichen Frage entfernt.
Das ist wahr (obwohl der Higgs-Mechanismus ist und die schwache Isospin-Symmetrie zu den massiven Vektorbosonen bei der angeblichen Vereinigung der schwachen und EM-Wechselwirkung führte). Es war ein aufschlussreiches Gespräch (und Antwort). ;-D

Antworten (1)

  • Die Erfindung von Quarks, die letztendlich zu einer Entdeckung wurde, war sicherlich nicht durch einen starken Isospin motiviert und hätte plausibel nicht gemacht werden können, ohne den Isospin auf den Flavor SU(3) auszudehnen ; und selbst dann ... stellte sich heraus, dass es ein atemberaubender Glücksfall war - es wäre viel schwieriger gewesen, wenn es damals die Geschmacksrichtung SU(4) gegeben hätte! Die Unkenntnis des Charmes ermöglichte es den Menschen, sich auf die Trialität zu konzentrieren, ein Merkmal der Farbgruppen- SU(3) -Wiederholungen, das völlig zufällig mit der dadurch organisierten Geschmacks -SU(3) zusammenfällt. Diese bizarre Geschichte ist eher für die History of Science SE geeignet. Der kritische Punkt hier ist, dass die ungefähre starke Isospin-Symmetrie SU(2)nicht wirklich zu Quarks "führte", genausowenig wie die Anwendungen der Lie-Gruppen-Theorie auf die Flavour-Physik motivierten. Meine Behauptung ist, dass ein starker Isospin ein Übungsfeld und ein Lehrmittel für die beste Unterscheidung und Wertschätzung eines schwachen Isospins darstellte.

  • Schwacher Isospin ist auch eine ungefähre SU(2) , siehe z. B. diese Frage , dieses Mal werden seine niedrigsten Energieerhaltungsgesetze spontan durch die Kopplung an das Higgs gebrochen, insbesondere in den Yukawa-Kopplungen / Fermion-Massentermen. Das heißt, die nicht verschwindenden Quark- und Lepton-Massenterme (induziert durch das Higgs-Feld) saugen schwachen Isospin in das Vakuum ab und wandeln die linke chirale Komponente in die rechtshändigen Null-WI-Komponenten von Fermionen um. Das neutrale Higgs stiehlt 1/2 einer WI-Einheit, um in das Vakuum zu sinken, oder -1/2 für sein Konjugat. (Auf der primitiven Ebene könnte man über solche Brüche als kleine "explizite WI-Verletzungen" sinnieren.) Allerdings, historisch gesehen war es eine genauere Untersuchung des schwachen Isospins und seiner chiralen Struktur in der 4-Fermi-Wechselwirkung, die zum SM führte. Es motivierte die schweren Zwischenvektorbosonen und das Higgs-Feld, das dies ermöglicht, zwar neue Teilchen, aber keine Bestandteile. Beim daraus resultierenden SM passte alles nahezu perfekt zusammen. Es scheint, dass Sie nach einer anderen Option suchen, aber ich kann in der Gruppenstruktur des SM keinen Hinweis auf weitere Bestandteile erkennen.

Sie können natürlich gerne über weitere Teilchen und Strukturen spekulieren, aber SU(2) s jeglicher Art scheinen niemanden dorthin geführt oder geführt zu haben ...

Ich denke, das Rishon-Modell leistet gute Arbeit bei der Ordnung des kleinen Zoos der Elementarteilchen. Dies bedeutet natürlich, dass die "wirklich grundlegende" Lagrangean gefunden werden muss, die die zwei Rishons und drei Fernkräfte (die Em-Kraft, die Farbkraft und die Hyper-Farbkraft, wobei die Schwerkraft ignoriert wird) enthält, von denen die schwache Wechselwirkung ist eine Restkraft, wie es bei der altmodischen starken Kraft der Fall ist.
Können wir aus der schwachen Isospin-Symmetrie auf die Existenz von Subquark-Teilchen schließen?
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