Könnte sich das Quark-Modell als falsch herausstellen?

Es wird aus gutem Grund angenommen, dass die Entbindung nicht nur eine erfundene Sache ist. Der gute Grund ist von Lattice QCD. Obwohl dies kein analytischer Beweis ist, zeigen Simulationen von QCD, dass QCD tatsächlich auf natürliche Weise einengend ist. Das heißt, die Eindämmung ist bereits im QCD verborgen und geschieht auf natürliche Weise. Darüber hinaus wirkt QCD bei ausreichend hohen Temperaturen dekonfinierend, und das Ergebnis ist ein Quark-Gluon-Plasma, in dem die beiden wie ein Plasma herumlaufen. Es ist bedauerlich, dass zumindest meines Wissens noch wenig experimentelle Beweise für eine Dekonfinierungsphase von QCD vorliegen. Aber rechnerische Arbeiten an QCD geben einen großen Einblick in die echte Physik von QCD. Als Hinweis liefert die tiefinelastische Streuung Hinweise auf Quarks, da das Experiment der Rutherford-Streuung ähnelt, die phänomenologisch dazu beitrug, schließlich ein genaues Modell des Atoms zu entwickeln.

Davon abgesehen ändern sich unsere Interpretationen von Physik und physikalischen Systemen (Punkt). Während Quarks wahrscheinlich bleiben werden, wird sich also fast zwangsläufig unsere Sichtweise auf sie ändern.

Wenn Sie an Einschränkungen interessiert sind, die der QCD durch Computersimulationen auferlegt werden, schauen Sie sich Lattice QCD und Gauge Fields on a Lattice an. Dies war ein wichtiger Schritt bei der Erschließung der nicht-perturbativen QCD.

Ihre Position zu Quarks, dass sie erfundene Bestandteile sind, war die gängige Ansicht in der Physik von 1964, als Zweig und Gell-Mann unabhängig voneinander Quarks vorschlugen, bis November 1974, als das Charm-Quark entdeckt wurde und alle anderen entschieden, dass es das Richtige sei Idee. In dieser Zwischenzeit galt die Idee eines dauerhaft eingeschlossenen Teilchens als suspekt, sodass die Theorien der starken Wechselwirkung nicht von hypothetischen punktförmigen Bestandteilen sprechen durften. Das Quark-Modell wurde immer noch sehr stark durch indirekte Beweise gestützt, aber in gewissem Sinne ist es gut, dass eine starke Interaktionsgemeinschaft diese Ideen abgelehnt hat, sonst hätten wir vielleicht nie die Stringtheorie.

Das Phänomen der Einschließung ist nicht so mysteriös, es wurde bereits in den frühen 1960er Jahren von Schwinger in einer Dimension verstanden. In 1 Raumdimension breitet sich die elektrische Kraft nicht aus wie in 3 Dimensionen, und die Kraft wird mit der Entfernung nicht schwächer. Das heißt, wenn Sie ein Elektron und ein Anti-Elektron in 1d auseinanderziehen, leisten Sie irgendwann genug Arbeit, um ein neues Elektron-Anti-Elektron-Paar aus dem Vakuum zu erzeugen, und diese Paarbildung neutralisiert die beiden Teilchen. Das bedeutet, dass die einzigen endlichen Energiezustände neutrale Zusammensetzungen sind. Dies wurde von 'tHooft auf den nicht-abelschen Fall ausgedehnt, und der Begriff des Einschlusses wird in 1+1-Dimensionen vollständig verstanden.

Die Idee, die Gell-Mann indirekt förderte und die von vielen Menschen in den 1970er Jahren etabliert wurde, ist, dass so etwas mit Quarks passiert, dass sie durch eine Flussschnur verbunden sind, die die Kraft konstant macht, als ob sie effektiv eindimensional wäre . Diese Flussrohr-Idee war in den 1970er Jahren nicht gut etabliert, aber Sie können sie nicht mehr ablehnen. Abgesehen von Gittersimulationen, die die Flussröhre in statischen Kraftberechnungen zeigen (die Kraft zwischen zwei Quarks ist mit dem Abstand konstant, wenn sie weit voneinander entfernt sind, genau wie in einer Dimension), gibt es auch bekannte exakte Dualitäten zwischen Stringtheorien des infinitesimalen Flusses Linien und bestimmte Eichtheorien, die der QCD so ähnlich sind, dass man verstehen kann, wie die Begrenzung qualitativ abläuft.

Die grundlegende Antwort auf Ihre Frage lautet also "nein". Quarks können sich ebenso wenig irren wie es kein Antiproton gibt. Der Beweis für Quarks kommt jetzt aus der Physik schwerer Quarks, wo wir die schweren Quarks spektroskopisch sehen können, die in nicht-relativistischen gebundenen Zuständen mit anderen schweren Quarks verbunden sind. Diese Charm-Charm-Bottom-Bottom-Systeme verhalten sich genau so, wie man es von nichtrelativistischen Teilchen erwartet, die durch eine Eichkraft gebunden sind.

Es gibt getrennte Routinebeweise von hochenergetischer inklusiver Streuung. Wenn Sie Protonen zertrümmern, sehen Sie Jets, die Teilchenschauer in bestimmte Richtungen sind, und die Jet-Emissionen sind korreliert. Wenn Sie also drei Jets austreten sehen, können Sie den Impuls der Objekte herausfinden, die vom Kollisionspunkt kamen, und die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Strahlenergie und des Strahlwinkels kann aus QCD berechnet werden. Die QCD-Berechnungen stimmen vollständig mit den experimentellen Daten überein, so dass man zu einer höheren Ordnung von Störungen gehen muss, um die Verteilungen in der komplexen Multi-TeV-Energiestreuung abzugleichen.

Diese Frage lässt sich durch Analogien beantworten:

Die Thermodynamik war lange Zeit der Höhepunkt der mathematischen Formulierung der Physik. Dann wurde experimentell entdeckt, dass die statistische Mechanik aufgrund der partikulären Natur der Materie einen ganz neuen Werkzeugkasten für Berechnungen enthält. Hat das die Thermodynamik „falsch“ gemacht?

Das Quark-Modell und seine theoretische Formulierung basieren auf soliden experimentellen Beweisen, wie Ron Maimon in seiner Antwort betont. Wenn, und es ist ein großes Wenn für sich, jemals eine zugrunde liegende Theorie gefunden wird, die notwendig sein wird, um neue, uns jetzt unbekannte Daten zu erklären, die die Art und Weise ändern können, wie Physiker die Akkumulation von Daten im Standardmodell erklären, wird das Quark-Modell dies tun immer noch gelten, in ähnlicher Weise wie die Thermodynamik immer noch gilt, obwohl sie aus der statistischen Quantenmechanik hervorgegangen ist.

Also nein, das Quark-Modell kann sich nicht als falsch herausstellen.

Ein Gesichtspunkt, der bisher in allen Antworten fehlt, ist, dass Teilchen am besten als Anregungen über einem Hintergrund (normalerweise als "Vakuum" bezeichnet) betrachtet werden. Das bedeutet, dass der Partikelgehalt von der Phase (oder dem „Material“) abhängt, die Sie untersuchen. In einem kristallinen Festkörper "sehen" Sie beispielsweise keine Atome, sondern nur Schwingungen des gesamten Kristallgitters - ein Bild, das ziemlich nutzlos wird, sobald dieser Kristall schmilzt.

In der Niedertemperatur- und Niederdruckphase, in der sich der Großteil des beobachteten Universums zu befinden scheint, sind Quarks eingeschlossen und treten nicht als Elementaranregungen auf. Bei hoher Temperatur und hohem Druck können Quarks und sogar Gluonen jedoch deconfined werden, bis zu dem Punkt, an dem sie als elementare Anregungen angesehen werden können (dies wird noch untersucht und die übereinstimmende Ansicht darüber entwickelt sich). Übrigens ist ein amüsanter (aber astrophysikalisch realistischer) Fall hohe Dichte, aber niedrige Temperatur; In diesem Fall ist die aktuelle Ansicht (soweit ich weiß), dass man einen Farbsupraleiter erhält. Tatsächlich kann diese Phase "die gleiche" sein wie die normale Phase (da es glatte Pfade gibt, die sie verbinden) und führt zur Identifizierung von Baryonen als Quarks und Mesonen als Gluonen, die entsprechend mit Abschirmladungen gekleidet sind.

Aus theoretischer Sicht existieren sie insofern, als sie die grundlegenden Felder sind, die in der Beschreibung verwendet werden, und diese Beschreibung hat sich in einer Vielzahl von Situationen als bemerkenswert gut erwiesen. Vielleicht werden wir eines Tages Substrukturen oder so etwas entdecken, aber diese Theorie muss sich in den entsprechenden Grenzen auf QCD reduzieren, und in diesen Grenzen werden wir immer noch über Quarks und Gluonen sprechen.

Die Idee von Quarks wäre niemals falsch, aber die Kategorien des Standardmodells basieren auf einer bestimmten unausgesprochenen Annahme: dass die physikalische Ontologie auf einer so kleinen Skala konstant bleibt.

OK, ich denke, du hast vollkommen recht mit deinen rechtlichen Zweifeln.

Wir hatten diese Art von Herangehensweise in Medial Years gesehen. Damals sagten sie uns, dass es möglich/unmöglich ist, die Anzahl der Engel auf der Spitze der Nadel zu zählen. Engel/Dämon Gefangenschaft? :))))

Die Wahrheit ist, dass Chadwick ihnen 1932-1934, der keine negativen Partikel kannte, außer dem Elektron, sagte, dass Neutronen Elementarteilchen wie Protonen sind, ohne wirklichen Beweis. Nur (spekulative!) Aussage. Sakawa, dann Gell-Mann, hat genau das festgestellt und als Ergebnis haben wir ein Quarkmodell mit Bruchladungen.

Abgesehen von diesen seltsamen Überzeugungen über Neutronen müssen wir tatsächlich zugeben, dass Neutronen zusammengesetzte Teilchen sind, die aus Protonen und negativen Pionen bestehen, sodass die Vorstellung von Bruchladungen von Quarks nur ein Fehler ist.

In der Natur sind keine Teillasten möglich. Begrenzt ist unser Verständnis.