Woher weiß ich, dass das Proton nicht aus 3 Anti-Down-Quarks besteht?

Ich habe ein Proton, woher weiß ich, dass es aus 2 Up-Quarks und 1 Down-Quark besteht oder ob es aus 3 Anti-Down-Quarks mit jeweils unterschiedlichen Farbladungen besteht?

Diese Frage gilt auch für das Antiproton, besteht es aus 2 Antiup und 1 Antidown oder aus 3 Down-Quakren?

Sie können gerne die Bearbeitung verbessern, die ich an Ihrem Beitrag vorgenommen habe, aber bitte verwenden Sie MathJax nicht für Dinge, die keine Mathematik sind. Quark-Typen sollten, wenn sie ausgeschrieben werden, als normaler Text geschrieben werden; sie sind keine mathematischen Symbole. Ich werde diese Änderung rückgängig machen, aber auch hier können Sie gerne weitere Änderungen vornehmen, solange sie den Beitrag tatsächlich verbessern.
@dmckee Das OP erwähnte Antidown-Quarks, also hätten sie eine Ladung von +1. (dachte ich auch D D D war das Δ − ; Ist ω − nur eine andere Notation dafür, oder ist da etwas anderes los?)

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Das Standardmodell , das nach einer gründlichen experimentellen Beobachtung der Wechselwirkungen von Teilchen auf der Mikroebene, dh den Raum- und Energiedimensionen, in denen die Quantenmechanik regiert, beschlossen wurde, hat als Hauptpfeiler das Quark-Modell .

Spin 1/2 Baryon

Das Quark-Modell begann mit der obigen Beobachtung: Wenn man die Teilchen in zwei Dimensionen mit ihren Spins und ihren Quantenzahlen (Isotopenspin, Strangeness usw.) aufträgt, entsteht eine schöne Symmetrie, die die Teilchen auch nach ihrer Masse ordnet. Diese Symmetrie wurde mathematisch durch die Darstellungen der speziellen Einheitsgruppe , SU(3) dargestellt. Die 3 bedeutet, dass es 3 Grundeinheiten gibt, die permutiert werden können, um die Punkte der Darstellungen zu füllen. Diese wurden skurril "Quarks" genannt.

Dieses Diagramm ist das Baryon-Spin-1/2-Diagramm, von dem das Proton ein Mitglied ist. Es gibt eine Reihe anderer Darstellungen, bei denen die Daten von hadronischen Resonanzen gut passen, und es wurde sogar eine Vorhersage gemacht, dass das Omega-Minus existieren sollte, weil alle anderen Mitglieder des Dekupletts bereits experimentell gesehen wurden.

Dekuplett

Es wurde gefunden, und es etablierte das Quark-Modell , und Nobelpreise wurden an die Forscher an der Grenze dieser Arbeit verliehen.

Allen Quarks wird eine Baryonenzahl von 1⁄3 zugeordnet. Up-, Charm- und Top-Quarks haben eine elektrische Ladung von +2⁄3, während Down-, Strange- und Bottom-Quarks eine elektrische Ladung von −1⁄3 haben. Antiquarks haben die entgegengesetzten Quantenzahlen. Quarks sind auch Spin-1⁄2-Teilchen, was bedeutet, dass sie Fermionen sind.

Mesonen bestehen aus einem Valenzquark-Antiquark-Paar (haben also eine Baryonenzahl von 0), während Baryonen aus drei Quarks bestehen (also eine Baryonenzahl von 1 haben). Dieser Artikel diskutiert das Quark-Modell für die Up-, Down- und Strange-Flavours von Quark (die eine ungefähre SU(3)-Symmetrie bilden). Es gibt Verallgemeinerungen auf eine größere Anzahl von Geschmacksrichtungen.

Wenn Sie sich nun die Darstellung des Baryon-Oktetts im Grundzustand ansehen, können Sie sehen, dass es keine Rolle spielt, wie wir sie nennen, es ist die Symmetrie, die ihren Quark-Gehalt festlegt. Das Proton, wie das masseärmere Teilchen in dieser Darstellung heißt, kann also nichts anderes sein als der Baustein der festen Materie, auf der wir leben. Wir nennen es ein Proton, seine Bestandteile Quarks mit Vornamen. Würde man den Quarkinhalt ändern, hätte man einen anderen Namen, es wäre ein anderes Teilchen und nicht der niedrigste Energiezustand in der stabilen Darstellung.

Das Proton muss sich zu einer Baryonenladung von 1 addieren, Ihre spekulativen Quantenzahlen können dies aufgrund der Definition von Quarks und ihrer Position in den SU(3)-Darstellungen nicht tun. Anti-Quarks addieren sich zu Anti-Baryonen, und das Proton ist per Definition kein Antibaryon.

Die Darstellungen sind durch experimentelle Messungen restriktiv, und man kann Quarks nicht wie Würfel werfen, weil die gesamte Quark-Darstellung eingeschränkt ist und die Namen der Teilchen bequem sind, aber durch Konstruktion der Mathematik wirklich eine Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dem Quark-Inhalt sind die die Natur benutzt.

Die Tatsache, dass Protonen die Baryonen mit der leichtesten Masse sind, ist gut und in gewisser Weise ausreichend, aber es scheint, dass wir in der Lage sein sollten, sie zu unterscheiden P = u u D aus Δ ¯ + = D ¯ D ¯ D ¯ (oder wie auch immer man das Antiteilchen von bezeichnet Δ − ) basierend nur auf (iso/regulärem) Spin. Ja, man könnte sagen, wir beobachten Δ ¯ + haben ICH 3 = + 3 / 2 , J = 3 / 2 , und das beobachten wir P haben ICH 3 = + 1 / 2 , J = 1 / 2 . Aber warum dann nicht D ¯ D ¯ D ¯ haben Quantenzahlen, die zum Proton passen?
Weil es die Baryonenzahl -1 ergibt (das bedeutet das Anti) und das Proton die Baryonenzahl +1 hat. Wegen des Spins kann es nicht das Antiproton sein, deshalb liegen die Deltas im 3/2 Multiplett, während das Proton und Neutron im 1/2 liegen. Ich versuche zu sagen, dass das Konzept von „Quark“, das auf den Status von „Teilchen“ gesalbt wurde, vollständig auf den SU(3)-Darstellungen beruht, die alle diese Messungen auf magische Weise in kohärente Untergruppen ordnen. Man kann Quarks nicht à la carte auswählen. Sie müssen sich in die Repräsentationen einfügen, die ihre Existenz begründet haben.
@ChrisWhite das Obige war für dich. Es reicht nicht aus, drei Quark-Quantenzahlen zu finden, um zu sagen, dass sie als Baryonen existieren. Sie müssen in einer der SU(3)-Darstellungen gefunden werden. Das Delta hat die vier Ladungsausdrücke und passt in diesen Schlitz der 3/2-Darstellung. Es sind die Symmetriedarstellungen, die den Quarkinhalt definieren und nicht die Umkehrung. Das war damals in den frühen sechziger Jahren so aufregend, dass die langweilige Fülle von Hadronenresonanzen einen so schönen Rahmen hatte.
@annav Alles, was Sie zeigen, ist per Definition das, was das Proton ist. Nicht was es sein könnte.
Die Definition stammt von der Identifizierung des stabilsten geladenen Teilchens mit der niedrigsten Energie, das Materie erzeugt, wie wir sie kennen. Wir nennen es ein Proton. Man könnte es wegen des Unterschieds, den es machen könnte, zumba nennen, aber die Identifizierung kommt vom Quarkgehalt und der Materiestabilität (experimentell). Aus dem Dublett könnte man sagen, es ist das Neutron, wenn wir nicht experimentell wüssten, dass die stabile Komponente der Materie geladen ist.
@annav Du hast meinen Punkt sowieso nicht verstanden, David hat meine Frage beantwortet.

Im Grunde liegt es daran, dass das Proton einen Spin hat 1 2 , was bedeutet, dass die Spins der Quarks aufgeteilt werden müssen: zwei in eine Richtung (sagen wir nach oben) und einer in die andere Richtung (nach unten). Aber zwei Quarks mit entgegengesetztem Spin und unterschiedlicher Farbe, aber demselben Flavor (Antidown) zu haben, verstößt gegen das Pauli-Ausschlussprinzip. Also kann es keine Drehung geben 1 2 Baryon aus drei gleichen Quarks.

Der zweite Satz verwirrt mich. Wenn sie unterschiedliche Drehungen und Farben haben, wie gilt der Pauli-Ausschluss? Und wie ist u u D mehr zulässig unter diesem Argument als D ¯ D ¯ D ¯ ?
Ich bin selbst etwas verwirrt darüber, aber ich denke, das Ergebnis sollte aus der Projektion aller möglichen Zustände des Protons auf einen vollständig antisymmetrischen Unterraum resultieren. Ich habe versucht, diese Berechnung für diese Antwort durchzuarbeiten, aber es wurde schnell sehr langweilig (und ich war mir nicht einmal sicher, ob ich es richtig gemacht habe ... wenn ich es herausfinde, werde ich es hinzufügen). Unabhängig davon habe ich dies an vielen Stellen gehört.
@DavidZ: Ich habe in Wikipedia gelesen, dass der gleiche Geschmack eine 3/2-Drehung erzeugt, aber warum?
@حكيمالفيلسوفالضائع das liegt daran, dass die Spins in einem symmetrischen Zustand sein müssen, was effektiv bedeutet, dass sie sich alle addieren. Obwohl, wie ich oben erwähnt habe, die Berechnungen, um dies zu zeigen, ziemlich langwierig sind.
@DavidZ: Diese Erklärung (Ausrichtung des Spins) geht von einem statischen Modell des Protons aus, bei dem der Spin von den Valenzquarks kommt. Wir wissen, dass dies bei weitem nicht der Fall ist (weniger als 30 %, wenn der Protonenspin auf Quarks zurückzuführen ist).

Denn die Baryonenzahl würde sonst nicht erhalten bleiben!

Die Baryonenzahl eines Protons ist 1, daher würde die Verwendung von drei Antidown-Quarks bedeuten, dass das Proton eine Baryonenzahl von -1 (-1/3+-1/3+-1/3) hat, was falsch ist!

Dasselbe gilt für ein Antiproton, das eine Baryonenzahl von -1 hat. Wenn Sie drei Down-Quarks verwenden würden, wäre die Baryonenzahl gleich +1 (1/3+1/3+1/3), was falsch wäre!

Woher weiß ich, dass das Proton nicht aus 3 Anti-Down-Quarks besteht?
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