Warum sollte ich glauben, dass "Elementarteilchen" tatsächlich elementar sind?

Atome wurden einst für unteilbar gehalten (dh sie haben keine Substruktur), bis entdeckt wurde, dass sie aus Protonen und Neutronen bestehen. Protonen und Neutronen wiederum bestehen aus Quarks, und damit hört der bisherige Kenntnisstand auf.

Ich hatte immer angenommen, dass es nur eine Frage der Zeit sein muss, bis die Teilchen gefunden werden, aus denen Quarks und andere Elementarteilchen bestehen, aber kürzlich traf ich auf einer Party einen Physiker, der mir zu meiner großen Überraschung sagte, dass Wissenschaftler es nicht sind suchen sehr intensiv nach solchen Teilchen, weil es eine theoretische Rechtfertigung gibt, stark zu glauben, dass wir dieses Mal wirklich das untere Ende der Leiter erreicht haben, und der Grund, warum wir keine Bestandteile von Elementarteilchen entdeckt haben, ist, dass sie keine haben.

Leider wurde unser Gespräch an dieser Stelle unterbrochen und ich habe den Typen danach nicht mehr gesehen. Unnötig zu erwähnen, dass ich jetzt vor Neugier auf die „theoretische Rechtfertigung“ brenne, die mich glauben lassen wird, dass die Wissenschaft dieses Kapitel tatsächlich abgeschlossen hat. Kann mich hier jemand aufklären?

Weil es wirklich umständlich ist, sie "unserst-wirklich-harte-Elementarteilchen" zu nennen, was das Wort eigentlich bedeutet, wenn es von Physikern verwendet wird.
In der Wissenschaft "glauben" wir nichts. Bevor wir uns entscheiden, unsere Meinung über etwas zu ändern, brauchen wir jedoch Beweise. Es gibt zum jetzigen Zeitpunkt keinen Beweis dafür, dass Elementarteilchen wie das Photon oder das Elektron nicht elementar sind. An dem Tag, an dem wir diese Beweise experimentell generieren, werden wir damit beginnen, die Lehrbücher zu korrigieren. Ich habe keine Ahnung, was Ihr befreundeter Physiker mit "theoretischer Begründung" gemeint haben könnte. So etwas gibt es in der Wissenschaft nicht, und ich vermute, dass Sie möglicherweise missverstanden haben, was er sagen wollte. Partys sind nicht der Ort, um Hochenergiephysik zu erklären.
Dass Physiker nicht intensiv nach nicht-trivialen Eigenschaften von Elementarteilchen suchen, die möglicherweise mit der inneren Struktur zusammenhängen, ist übrigens völliger Unsinn. Siehe zB adsabs.harvard.edu/abs/2011Natur.473..493H über neue Grenzwerte für das elektrische Dipolmoment des Elektrons.
@CuriousOne Beachten Sie, dass ein elektrisches Dipolmoment wie ein magnetisches Dipolmoment eine intrinsische Eigenschaft eines Teilchens ohne innere Struktur sein kann. die kleinen oder fehlenden EDMs von Partikeln mit vielen Nicht-Null-Werten C P -gerade Quantenzahlen sind ein Teil des Beweises dafür C P ist meistens eine gute Symmetrie im Standardmodell.
@rob: Ein ungewöhnlich hohes elektrisches Dipolmoment wäre jedoch ein Hinweis auf eine interne Struktur. Derzeit liegen die experimentellen Grenzen zehn Größenordnungen über der Unterscheidung, die die Theorie macht, also können wir es einfach nicht sagen, und deshalb machen wir diese Experimente zunächst einmal. Das Standardmodell ist natürlich nicht einmal annähernd eine Theorie, die Vorhersagen aus ersten Prinzipien treffen kann. Es ist eine Sammlung von Theoretikern mit experimentellen Ergebnissen in der Sub-TeV-Grenze. Wie das wirkliche Vakuum aussieht, muss ein weiteres Jahrhundert des Experimentierens und der Theorie entscheiden.

Antworten (2)

Derzeit ist die große Mehrheit der Daten in der Teilchenphysik sehr gut durch das Standardmodell modelliert , das auch neue Phänomene vorhersagen konnte. Der jüngste Erfolg ist die Entdeckung des Higgs-Mesons am LHC am CERN. Die Teilchen in der Tabelle werden Elementarteilchen genannt, weil sie ausreichen, um die Komplexität zu erklären, die wir in der Materie und ihrem Verhalten beobachten.

Standardmodellpartikel

Das Standardmodell der Elementarteilchen mit den drei Generationen von Materie, Eichbosonen in der vierten Spalte und dem Higgs-Boson in der fünften.

Jede neue Theorie der Teilchenphysik wird zeigen müssen, dass sie das Standardmodell in ihre Struktur einbetten kann. Von den aktuellen Theorien, deren Richtung zu einem vereinheitlichenden Modell aller vier Kräfte geht, dh einschließlich der Quantisierung der Gravitation, ist der vorherrschende Vorschlag ein auf der Stringtheorie basierendes Modell. In der Stringtheorie sind alle Teilchen in der obigen Tabelle nicht mehr grundlegend für die Theorie, sondern sind Anregungen eines Strings. Was elementar wird , ist eine Saite, und es gibt Wechselwirkungen zwischen Saiten usw. usw.

Es ist eine andere Art zu formulieren, was "elementar" bedeutet und was eine Ebene von "Elementarität" (nicht wirklich Ebenen einer Zwiebel- oder Matriuska-Puppenserie) bedeutet, aber es verhindert, dass die Partikel in der obigen Tabelle grundlegend sind.

Im Moment gibt es keinen experimentellen Beweis dafür, dass die Stringtheorie die richtige Theorie ist, um eine Theorie von allem zu modellieren, außer dass sie das Standardmodell aufnehmen kann.

Es gibt manchmal Vorschläge für Theorien in der Reihe von Ebenen, die Sie ins Auge fassen, zum Beispiel die Preon- Theorie, aber es wurden keine experimentellen Beweise gefunden, die dies bestätigen. Es gibt Experimente, die nach der Zusammensetzung von Quarks und Leptonen suchen und Grenzwerte angeben, zum Beispiel dieses für die Zusammensetzung der obersten Quarks und dieses aus dem CMS-Experiment am LHC:

Im Kontext eines Quark- und Lepton-Kompositheitsmodells mit einer links-links-isoskalaren Kontaktwechselwirkung werden 95% CL-Untergrenzen für Λ, den Energieskalenparameter für die Kontaktwechselwirkung, festgelegt. .

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es in der Physik nicht um Überzeugungen geht, sondern um Beobachtungen und mathematische Modelle, die zu diesen Beobachtungen passen und neue vorhersagen, um das Modell zu testen. Im Moment gibt es keinen Grund, das Niveau der "Elementarität" zu ändern, was die Daten betrifft, und Experimentatoren sind offen für die Möglichkeit.

Es gibt eine Theorie, die nur zwei Elementarteilchen verwendet (weniger kann es nicht geben) und das ist die Rishon-Theorie von Haïm Harari. Rishons haben eine elektrische Ladung von 1/3 (das T-Rishon) oder 0 (das V-Rishon), und durch ihre Kombination können Sie alle bekannten Teilchen konstruieren. Es könnte auch erklären, warum ein ladungsloses Z-Teilchen in drei Photonen zerfallen kann: Es besteht aus drei T-Rishons und drei Anti-T-Rishons. In diesem Modell ist die schwache Kraft eine Restkraft. Und zum Beispiel ist ein Up-Quark eine TTV-Kombination. Wie die anderen Quarks und Leptonen aufgebaut sind, können Sie selbst herausfinden.
Vielleicht gibt es im Moment keine Hinweise auf zusammengesetzte Quarks und Leptonen, aber das kann daran liegen, dass die Energien noch nicht erreicht sind, wo sich die Zusammensetzung zeigt. In jedem Fall sieht die Rishon-Theorie viel wirtschaftlicher und eleganter aus.
@descheleschilder Wie man hier sehen kann, versuchen die Leute immer noch, die notwendigen Bedingungen zu definieren, damit ein Rishon-basiertes Modell die Daten erklären kann (über Seite 13), uwaterloo.ca/phys13news/sites/ca.phys13news/files/uploads/files/ … . Im Moment bewegt sich die Mainstream-Theorie in Richtung Quantisierung der Schwerkraft und Vereinigung von Kräften. Rishons und Ableitungstheorien befinden sich auf dem gleichen Stand wie das Quark-Modell im Jahr 1964. Quarks wurden in den 1980er Jahren durch ihre Jets als experimentelle Einheiten bestätigt. Die Rishons benötigen aufgrund der viel höheren Bindungsenergien z
Damit Elektronen in unseren Messungen als Punktteilchen erscheinen, sind Experimente mit viel höherer Energie erforderlich, als sie selbst am LHC bieten. Vielleicht könnte der Linearcollider, wenn er gebaut wird, eine Struktur in Elektronen und Positronen zeigen. Oder vielleicht in 50 Jahren. Die Theorie wird nicht vergessen, es wird nur nicht viel daran gearbeitet, weil es eine Alternative ist, die nicht durch Daten überprüft werden kann.
@DescheleSchilder hat auch Anti-Rishons, also 4 Elementarteilchen.
@ user253751 Sehr wahr! Ich denke sparsamer geht es nicht. Nur zwei echte Elementarteilchen wären unmöglich.
@annav ** Die Theorie wird nicht vergessen, es wird nur nicht viel daran gearbeitet, weil es eine Alternative ist, die nicht durch Daten überprüft werden kann. ** Was ist mit der Quantengravitation (und die Frage ist immer noch, ob QG quantisiert ist ) ? Nach jahrzehntelangen Bemühungen wurde keine Theorie gefunden. Und wie sieht es mit dem Versuchsstand aus? Ich denke, Geld ist besser ausgegeben, um nach dem zu suchen, was in Reichweite ist. Das sollten Sie als ehemaliger Experimentator wissen (oder führen Sie sie noch durch?).

Es gibt ein Modell, das nur zwei Elementarteilchen verwendet (weniger kann es nicht geben) und das ist das Rishon-Modell, das hauptsächlich von Haïm Harari entwickelt wurde (es gibt andere Preon- Modelle, aber ich denke, dieses Modell ist das eleganteste).
Rishons haben eine elektrische Ladung von 1/3 (das T-Rishon) oder 0 (das V-Rishon), und durch ihre Kombination können Sie alle bekannten Teilchen konstruieren. Es könnte auch erklären, warum ein ladungsloses Z-Teilchen in drei Photonen zerfallen kann: Es besteht aus drei T-Rishons und drei Anti-T-Rishons. In diesem Modell ist die schwache Kraft eine Restkraft. Und zum Beispiel ist ein Up-Quark eine Kombination aus drei T-Rishons und einem V-Rishon. Wie die anderen Quarks und Leptonen aufgebaut sind, können Sie selbst herausfinden.

In diesem Modell werden also nur vier echte Elementarteilchen benötigt, um alle Quarks und Lepton zu bilden. Sparsamer geht es nicht! Die krafttragenden Teilchen (das Photon, das Gluon, das Hypergluon und vielleicht das Graviton) werden im Rishon-Modell nicht berücksichtigt. Sie sind einfach da.

Natürlich hat die Theorie ihre Fehler, aber hat nicht jede Theorie (Modell) Fehler?

Um Ihre Frage zu beantworten:
Sie sollten nicht glauben, dass Elementarteilchen tatsächlich elementar sind. Sie können sich fragen, ob die Rishons aus anderen, grundlegenderen Teilchen bestehen, aber das kann nicht der Fall sein.
Wenn Sie Elementarteilchen als Nicht-Punkt-Teilchen betrachten (wie ich es tue, aber auf eine nicht stringtheoretische Weise), können Sie sich fragen, aus welchem ​​​​Material die Nicht-Punkt-Struktur besteht.

Ich hoffe, diese Antwort bringt Ihnen etwas Erleuchtung.

Warum sollte ich glauben, dass "Elementarteilchen" tatsächlich elementar sind?
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