Wie wurde die elektrische Ladung von Quarks direkt gemessen?

Question

Wie wurde die elektrische Ladung von Quarks direkt gemessen?

harsch

Wie wurde die elektrische Ladung von Quarks direkt gemessen, wenn Quarks niemals direkt isoliert beobachtet werden (aufgrund eines Phänomens, das als Farbbeschränkung bekannt ist )?

Lubos Motl

Nun, bei der hochenergetischen Streuung beobachtet man die Quarks gewissermaßen separat. Allgemeiner gesagt stimmt die QCD – die Theorie, die sowohl die Dynamik von Quarks als auch die gebundenen Zustände von Quarks beschreibt – mit allen Beobachtungen der verwandten Prozesse überein, die wir gemacht haben, was höchst unwahrscheinlich wäre, wenn an der QCD etwas ernsthaft falsch wäre. Diese validierte Theorie impliziert auch bestimmte Ladungen der Quarks, so dass sie indirekt auch durch die Experimente validiert werden.

Antworten (3)

Wie wurde die elektrische Ladung von Quarks direkt gemessen?

Nun, bei der hochenergetischen Streuung beobachtet man die Quarks gewissermaßen separat. Allgemeiner gesagt stimmt die QCD – die Theorie, die sowohl die Dynamik von Quarks als auch die gebundenen Zustände von Quarks beschreibt – mit allen Beobachtungen der verwandten Prozesse überein, die wir gemacht haben, was höchst unwahrscheinlich wäre, wenn an der QCD etwas ernsthaft falsch wäre. Diese validierte Theorie impliziert auch bestimmte Ladungen der Quarks, so dass sie indirekt auch durch die Experimente validiert werden.

dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen · Answer 1

Der Querschnitt für

e^{+} + e^{-} \to q + \bar{q}

$e^+ + e^- \to q + \bar{q}$ ergibt sich aus dem Quadrat der Quarkladung (mal Anzahl der Farben). Nun können die Quarks nicht isoliert beobachtet werden, weil sie hadronisieren.

Allerdings ist der Querschnitt z

e^{+} + e^{-} \to μ^{+} + μ^{-}

$e^+ + e^- \to \mu^+ + \mu^-$ ist identisch, außer dass man sich an die Myonladung zum Quadrat hält.

Also eine Messung von

R = \frac{σ_{e^{+} + e^{-} \to Hadronen}}{σ_{e^{+} + e^{-} \to μ + μ^{-}}}

$R = \frac{\sigma_{e^+ + e^- \to \text{hadrons}}}{\sigma_{e^+ + e^- \to \mu + \mu^-}}$ ist ein Maß für

\frac{# Farben \times \sum_{zugängliche Aromen} q_{Geschmack}^{2}}{q_{μ}^{2}} = \frac{# Farben \times \sum_{zugängliche Aromen} q_{Geschmack}^{2}}{1} .

$\frac{\text{# of colors} \times \sum_\text{accessible flavors} q^2_\text{flavor}}{q^2_\mu} = \frac{\text{# of colors} \times \sum_\text{accessible flavors} q^2_\text{flavor}}{1} \quad .$

Die zugänglichen Flavours hängen von der Schwerpunktsenergie ab, sodass es möglich ist, die Zunahmen zu beobachten, wenn die Energie an aufeinanderfolgenden Quarkmassen vorbei ansteigt (mal 2).

Diese Figur :

zeigt an $R$ über einen Bereich der Schwerpunktsenergie ( Mandelstam-Variable $s$ ), der den Bereich abdeckt, der nur die "leichten" Quarks (up, down und strange) enthält, bis hin zu allen Quarks durch das Bottom mit ausreichendem Bereich, um das lange Plateau um die Bottom-Quark-Schwelle herum anzuzeigen.

Die Ergebnisse stimmen mit drei Farben und den üblichen Ladungszuordnungen (Up-Like-Quarks sind +2/3 und Down-Like-Quarks sind -1/3) aus dem Baryonenspektrum überein.

Also habe ich die Figur wiedergefunden, aber jetzt brauche ich eine primäre Quellenreferenz für ihren Ursprung. Diese Version wurde aus marge.phys.washington.edu/Library/quarks.pdf ausgeschnitten und eingefügt, was anscheinend keine bibliografische Referenz für die Abbildung enthält.
Laut dieser Seite lautet der Verweis auf Ihre Abbildung: F. Halzen and D. Martin, "Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics", Wiley 1984. Wie ich das gefunden habe? Geben Sie einfach Ihre Bild-URL in die Google Bilder -Suchmaschine ein.

anna v · Answer 2

Die Geschichte des Vorschlags des Quarkmodells der Hadronen ist interessant.

Das Quark-Modell wurde 1964 unabhängig voneinander von den Physikern Murray Gell-Mann und George Zweig vorgeschlagen. Der Vorschlag kam kurz nach Gell-Manns 1961er Formulierung eines Partikelklassifizierungssystems, bekannt als [Achtfacher Weg] – oder, technischer ausgedrückt, SU( 3) Geschmackssymmetrie. Der Physiker Yuval Ne'eman hatte im selben Jahr unabhängig ein Schema ähnlich dem Achtfachen Weg entwickelt.

Zur Zeit der Entstehung der Quarktheorie umfasste der „Teilchenzoo“ neben anderen Teilchen eine Vielzahl von Hadronen. Gell-Mann und Zweig postulierten, dass sie keine Elementarteilchen seien, sondern aus Kombinationen von Quarks und Antiquarks zusammengesetzt seien. Ihr Modell umfasste drei Geschmacksrichtungen von Quarks – up, down und strange – denen sie Eigenschaften wie Spin und elektrische Ladung zuschrieben. Die erste Reaktion der Physik-Community auf den Vorschlag war gemischt. Es gab insbesondere Streit darüber, ob das Quark eine physikalische Einheit oder eine Abstraktion war, die verwendet wurde, um Konzepte zu erklären, die zu dieser Zeit nicht richtig verstanden wurden.

Die Geschichte geht weiter, aber es war die Klassifizierung der Fülle von Hadronen in Repräsentationen einer SU(3)-Symmetriegruppe, die den Teilchenzoo vereinfachte. Die Identifizierung der in SU(3)_flavor eintretenden Vektoren als "Quarks" wurde aufgrund der Symmetrie akzeptabel. Aus dieser Symmetrie werden die Ladungen der Quarks definiert, sonst würde die "achtfache" Klassifikation nicht funktionieren.

Die Messung der Ladungen der Quarks ergibt sich dann gewissermaßen aus den verschiedenen SU(3)-Darstellungen der zusammengesetzten Hadronen:

Okt Dekuplett

----------Meson-Oktett -------------------------------Baryon-Dekuplett

--------Ladung ist diagonal--------

Die Realität der Existenz von Quarks als Teilchen (nicht so bequeme mathematische Werkzeuge) kam durch die Untersuchung der Protonen mit hohen Energien und die Untersuchung der Wechselwirkungsprodukte, die als Quarks und Gluon-Jets der QCD, der starken Wechselwirkung, identifiziert werden konnten. Siehe auch den Kommentar von Lubos zu Ihrer Frage.

Duran Daniel · Answer 3

Dies ist das größte Durcheinander, das die Menschheit produziert hat: SU(3)-Simmetrie kann auch funktionieren, wenn Sie annehmen, dass die Quarks vom Zentrum der SU(3)-Simmetrie nach oben geladen werden: 1/3, 2/3, 1/2 und die des Elektrons = -1/2. Das Neutron mit der Ladung des Elektrons ist 1 und das Proton ohne Ladung 1,5. Das Desgleichgewicht von Unity wird für seine Positivität verantwortlich sein. So ist das Neutron die eingeschlossene neutrale Einheit und das Proton seine angeregte Form. Das ist es!

Es ist nicht klar, was Sie zu fragen versuchen. Ist dies eine Hypothese, die Sie testen möchten? Was ist der Zweifel? Auch die Sprache ist schwer zu verstehen. Versuchen Sie es umzuformulieren. Unterlassen Sie unbegründete Behauptungen.

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harsch

Lubos Motl

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dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen

dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen

Ruslan

anna v

Duran Daniel

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