Jump to content

Преон

(Перенаправлено с темы Преона )

В физике элементарных частиц преоны это гипотетические точечные частицы , рассматриваемые как субкомпоненты кварков и лептонов . [1] Это слово было придумано Джогешем Пати и Абдусом Саламом в 1974 году. Интерес к преонным моделям достиг пика в 1980-х годах, но замедлился, поскольку Стандартная модель физики элементарных частиц продолжает в основном успешно описывать физику, и нет прямых экспериментальных доказательств составности лептонов и кварков. был найден. Преоны бывают четырех разновидностей: плюс, антиплюс, ноль и антиноль. W-бозоны имеют шесть преонов, а кварки и лептоны — только три.

В адроном секторе некоторые эффекты считаются аномалиями Стандартной модели. Например, загадка спина протона , эффект ЭМС , распределение электрических зарядов внутри нуклонов , обнаруженное Робертом Хофштадтером в 1956 году, [2] [3] и специальные элементы матрицы CKM .

Термин «преон» был придуман прежде всего для объяснения двух семейств спин- 1/2 фермионы: кварки и лептоны . Более поздние модели преонов также учитывают бозоны со спином 1 и до сих пор называются «преонами». Каждая из преонных моделей постулирует наличие меньшего количества фундаментальных частиц, чем в Стандартной модели, а также правил, управляющих тем, как эти фундаментальные частицы объединяются и взаимодействуют. Основываясь на этих правилах, модели преонов пытаются объяснить Стандартную модель, часто предсказывая небольшие расхождения с этой моделью и генерируя новые частицы и некоторые явления, не принадлежащие Стандартной модели.

Цели преоновых моделей

[ редактировать ]

Преоновые исследования мотивированы желанием:

До того, как в 1970-х годах была разработана Стандартная модель (ключевые элементы Стандартной модели, известные как кварки , были предложены Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом в 1964 году), физики наблюдали сотни различных видов частиц в ускорителях частиц . Они были организованы в отношения по их физическим свойствам в значительной степени специальной системе иерархий, мало чем отличающейся от того, как систематика группировала животных на основе их физических особенностей. Неудивительно, что огромное количество частиц было названо « зоопарком частиц ».

Стандартная модель, которая сейчас является преобладающей моделью физики элементарных частиц, резко упростила эту картину, показав, что большинство наблюдаемых частиц были мезонами , которые представляют собой комбинации двух кварков , или барионами , которые представляют собой комбинации трех кварков плюс горстка других. частицы. Согласно теории, частицы, наблюдаемые во все более мощных ускорителях, обычно представляли собой не что иное, как комбинации этих кварков.

Сравнение кварков, лептонов и бозонов

[ редактировать ]

В рамках Стандартной модели существует несколько классов частиц . Один из них, кварки , имеет шесть типов, из которых по три разновидности в каждом (названные « цветами »: красный, зеленый и синий, что дает начало квантовой хромодинамике ).

Кроме того, существует шесть различных типов так называемых лептонов . Из этих шести лептонов есть три заряженные частицы : электрон , мюон и тау . Нейтрино . составляют остальные три лептона, и каждое нейтрино образует пару с одним из трех заряженных лептонов

В Стандартной модели также есть бозоны , включая фотоны и глюоны ; Вт + , В , и Z-бозоны ; и бозон Хиггса ; и освободилось место для гравитона . Почти все эти частицы бывают «левосторонними» и «правосторонними» версиями (см. хиральность ). Кварки, лептоны и W-бозон имеют античастицы с противоположным электрическим зарядом (или, в случае нейтрино, с противоположным слабым изоспином ).

Нерешенные проблемы Стандартной модели

[ редактировать ]

Стандартная модель также имеет ряд проблем, которые до конца не решены. В частности, до сих пор не предложено ни одной успешной теории гравитации, основанной на теории частиц. Хотя Модель предполагает существование гравитона, все попытки создать на их основе последовательную теорию потерпели неудачу.

Кальман [4] утверждает, что, согласно концепции атомизма , фундаментальные строительные блоки природы представляют собой неделимые частицы материи, которые не созданы и неразрушимы. Ни лептоны, ни кварки не являются по-настоящему неразрушимыми, поскольку некоторые лептоны могут распадаться на другие лептоны, а некоторые кварки — на другие кварки. Таким образом, с фундаментальной точки зрения кварки сами по себе не являются фундаментальными строительными блоками, а должны состоять из других, фундаментальных величин — преонов. Хотя масса каждой последующей частицы следует определенным закономерностям, массу покоя большинства частиц, за исключением масс почти всех барионов, которые были хорошо смоделированы де Соузой (2010). невозможно точно предсказать [5]

Стандартная модель также имеет проблемы с предсказанием крупномасштабной структуры Вселенной. Например, СМ обычно предсказывает равное количество материи и антиматерии во Вселенной. Был предпринят ряд попыток «исправить» это с помощью различных механизмов, но на сегодняшний день ни одна из них не получила широкой поддержки. Аналогично, базовые адаптации Модели предполагают наличие распада протона , который пока не наблюдался.

Мотивация для преоновых моделей

[ редактировать ]

Несколько моделей были предложены в попытке обеспечить более фундаментальное объяснение результатов в экспериментальной и теоретической физике элементарных частиц, используя такие названия, как « партон » или «преон» для гипотетических основных компонентов частиц.

Теория преонов мотивирована желанием воспроизвести в физике элементарных частиц достижения периодической таблицы в химии, которая свела 94 встречающихся в природе элемента к комбинациям всего из трех строительных блоков (протон, нейтрон, электрон). Подобным же образом Стандартная модель позже организовала «зоопарк частиц» адронов , сводя несколько десятков частиц к комбинациям на более фундаментальном уровне, состоящим (на первых порах) всего из трех кварков , тем самым уменьшая огромное количество произвольных констант в частицах середины двадцатого века. физика до появления Стандартной модели и квантовой хромодинамики .

Однако конкретная преонная модель, обсуждаемая ниже, на сегодняшний день вызвала сравнительно небольшой интерес среди сообщества физики элементарных частиц, отчасти потому, что до сих пор в экспериментах на коллайдере не было получено доказательств того, что фермионы Стандартной модели являются составными.

Ряд физиков пытались разработать теорию «прекварков» (от которой и произошло название « преон »), пытаясь теоретически обосновать многие части Стандартной модели, которые известны только благодаря экспериментальным данным. Другие названия, которые использовались для этих предложенных фундаментальных частиц (или частиц, промежуточных между наиболее фундаментальными частицами и наблюдаемыми в Стандартной модели), включают прекварки , субкварки , маоны , [6] альфоны , квинки , ришоны , твидлы , хелоны , гаплоны , Y-частицы , [7] и примоны . [8] Преон — ведущее имя в физическом сообществе.

Попытки разработать подструктуру датируются, по крайней мере, еще 1974 годом, когда появилась статья Пати и Салама в журнале Physical Review . [9] Другие попытки включают статью Терадзавы, Чикасиге и Акамы 1977 года: [10] аналогичные, но независимые статьи Немана 1979 года, [11] Харари, [12] и Шупе, [13] статья Фрича и Мандельбаума 1981 года, [14] и книга Д'Сузы и Калмана 1992 года. [1] Ни одно из них не получило широкого признания в мире физики. Однако в недавней работе [15] де Соуза показал, что его модель хорошо описывает все слабые распады адронов в соответствии с правилами отбора, продиктованными квантовым числом, полученным из его модели составности. В его модели лептоны являются элементарными частицами, а каждый кварк состоит из двух примонов , и, таким образом, все кварки описываются четырьмя примонами . Следовательно, нет необходимости в бозоне Хиггса Стандартной модели, и каждая масса кварка получается в результате взаимодействия между каждой парой примонов посредством трех бозонов Хиггса.

В своей Нобелевской премии лекции, посвященной вручению 1989 года, Ганс Демельт описал самую фундаментальную элементарную частицу с определяемыми свойствами, которую он назвал космоном , как вероятный результат длинной, но конечной цепочки все более и более элементарных частиц. [16]

Составной бозон Хиггса

[ редактировать ]

Многие модели преонов либо не учитывают бозон Хиггса , либо исключают его и предполагают, что электрослабая симметрия нарушается не скалярным полем Хиггса, а составными преонами. [17] Например, теория преонов Фредрикссона не нуждается в бозоне Хиггса и объясняет электрослабое разрушение как перегруппировку преонов, а не как поле, опосредованное Хиггсом. Фактически, преонная модель Фредрикссона и модель де Соузы предсказывают, что бозона Хиггса Стандартной модели не существует.

Модель Ришона

[ редактировать ]

Модель Ришона (РМ) — это самая ранняя попытка (1979 г.) разработать преонную модель для объяснения явления, появляющегося в Стандартной модели (СМ) физики элементарных частиц . Впервые он был разработан Хаимом Харари и Майклом А. Шупе (независимо друг от друга), а позже расширен Харари и его тогдашним учеником Натаном Зайбергом . [18]

Модель имеет два вида фундаментальных частиц, называемых ришонами (ראשונים) означает «Первый» (что на иврите ). Это Т («Третий», поскольку он имеет электрический заряд ⅓ е , или Тоху (תוהו), что означает «Хаос» ) и V («Исчезает», поскольку он электрически нейтрален, или Воху, что означает «пустота»). Все лептоны и все разновидности кварков . представляют собой трехришонно упорядоченные тройки Эти группы из трех ришонов имеют спин -½ .

Модель Ришона иллюстрирует некоторые типичные усилия в этой области. Многие из преонных моделей предполагают, что кажущийся дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной на самом деле иллюзорен, поскольку большие количества антиматерии преонного уровня заключены в более сложные структуры.

Массовый парадокс

[ редактировать ]

Одна модель преона возникла как внутренняя статья Коллайдерного детектора в Фермилабе (CDF) примерно в 1994 году. Статья была написана после того, как неожиданный и необъяснимый избыток струй с энергией выше 200 ГэВ в период 1992–1993 годов был обнаружен . Однако эксперименты по рассеянию показали, что кварки и лептоны являются «точечными» вплоть до масштабов расстояний менее 10. −18 м (или 1/1000 диаметра протона ). импульса ап-кварка, и в Неопределенность преона (любой массы), заключенного в ящик такого размера, составляет около 200 ГэВ/c, что в 50 000 раз больше, чем (зависящая от модели) масса покоя 400 000 раз больше, чем масса покоя восходящего кварка. масса покоя электрона.

Гейзенберга Принцип неопределенности гласит, что и, таким образом, все, что заключено в коробку размером меньше будет иметь неопределенность импульса пропорционально большую. Таким образом, преонная модель предлагала частицы меньшие, чем элементарные частицы, которые они составляют, поскольку неопределенность импульса должно быть больше самих частиц.

Таким образом, преонная модель представляет собой массовый парадокс: как могли кварки или электроны состоять из меньших частиц, которые имели бы на много порядков большую массу-энергию, обусловленную их огромными импульсами? Один из способов разрешения этого парадокса — постулировать наличие большой силы связи между преонами, которая уравновешивает их массу-энергию. [ нужна ссылка ]

Конфликты с наблюдаемой физикой

[ редактировать ]

Преоновые модели предлагают дополнительные ненаблюдаемые силы или динамику для объяснения наблюдаемых свойств элементарных частиц, которые могут иметь последствия, противоречащие наблюдениям. Например, теперь, когда на БАКе наблюдение бозона Хиггса подтверждено, это наблюдение противоречит предсказаниям многих преонных моделей, которые его исключали. [ нужна ссылка ]

Теории преонов требуют, чтобы кварки и лептоны имели конечный размер. Не исключено, что Большой адронный коллайдер будет наблюдать это после того, как его переведут на более высокие энергии. [ нужна ссылка ]

[ редактировать ]
  • В переиздании/редактировании своего романа 1930 года «Жаворонок три » Э. Э. Смит постулировал наличие ряда «субэлектронов первого и второго типа», причем последние являются фундаментальными частицами, связанными с силой гравитации. Хотя это, возможно, и не было элементом оригинального романа (научная основа некоторых других романов серии была тщательно переработана в связи с дополнительными восемнадцатью годами научных разработок), даже отредактированная публикация может быть первой или единственной. в первую очередь упоминается возможность того, что электроны не являются фундаментальными частицами.
  • В романизированной версии фильма 1982 года « Звездный путь 2: Гнев Хана» , написанной Вондой Макинтайр , двое из проектной группы доктора Кэрол Маркус «Генезис», Вэнс Мэдисон и Делвин Марч, изучали субэлементарные частицы, которые они назвали. «буджумы» и «снарки», в области, которую в шутку называют «детсадовской физикой», потому что она ниже «элементарной» (аналогия школьному уровню).
  • В романе Джеймса П. Хогана 1982 года «Путешествие из прошлых лет» обсуждались преоны (так называемые твидлы ), физика которых стала центральной в сюжете.
  • В видеоигре Risk of Rain 2 2020 года предмет в игре называется «преонным аккумулятором», хотя это всего лишь отсылка к названию.

См. также

[ редактировать ]
  • Technicolor (физика) - Гипотетическая модель, посредством которой W- и Z-бозоны приобретают массу.
  • Звезда Преон – гипотетическая компактная звезда, состоящая из экзотической материи.
  • Преон-вырожденная материя - тип плотной экзотической материи в физике.
  • Модель Ришона - дооническая модель физики субкварковых частиц.
  1. ^ Перейти обратно: а б Д'Суза, Айова; Кальман, CS (1992). Преоны: модели лептонов, кварков и калибровочных бозонов как составных объектов . Всемирная научная . ISBN  978-981-02-1019-9 .
  2. ^ Хофштадтер, Роберт (1 июля 1956 г.). «Рассеяние электронов и структура ядра». Обзоры современной физики . 28 (3): 214–254. Бибкод : 1956RvMP...28..214H . дои : 10.1103/RevModPhys.28.214 .
  3. ^ Хофштадтер, Р.; Бумиллер, Ф.; Йериан, MR (1 апреля 1958 г.). «Электромагнитная структура протона и нейтрона» (PDF) . Обзоры современной физики . 30 (2): 482–497. Бибкод : 1958РвМП...30..482H . дои : 10.1103/RevModPhys.30.482 . Архивировано (PDF) из оригинала 23 февраля 2018 г.
  4. ^ Кальман, CS (2005). «Почему кварки не могут быть фундаментальными частицами». Ядерная физика Б: Приложения к сборнику трудов . 142 : 235–237. arXiv : hep-ph/0411313 . Бибкод : 2005НуФС.142..235К . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2005.01.042 . S2CID   119394495 .
  5. ^ де Соуза, Марио Эверальдо (2010). «Расчет почти всех энергетических уровней барионов» . Статьи по физике . 3 : 030003–1. дои : 10.4279/PIP.030003 .
  6. ^ Овербай, Д. (5 декабря 2006 г.). «Китай играет важную роль в физике элементарных частиц» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 12 сентября 2011 г.
  7. ^ Ершов В.Н. (2005). «Равновесные конфигурации трехполярных зарядов». Системы малого числа тел . 37 (1–2): 79–106. arXiv : физика/0609185 . Бибкод : 2005FBS....37...79Y . дои : 10.1007/s00601-004-0070-2 . S2CID   119474883 .
  8. ^ де Соуза, Мэн (2005). «Окончательное разделение материи». Сциентия Плена . 1 (4): 83.
  9. ^ Пати, Дж. К.; Салам, А. (1974). «Лептонное число как четвертый «цвет» » (PDF) . Физический обзор D . 10 (1): 275–289. Бибкод : 1974PhRvD..10..275P . дои : 10.1103/PhysRevD.10.275 . S2CID   17349483 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2019 г.
    Ошибка: Пати, Дж. К.; Салам, А. (1975). «Ошибка: лептонное число как четвертый «цвет» » . Физический обзор D . 11 (3): 703. Бибкод : 1975PhRvD..11..703P . дои : 10.1103/PhysRevD.11.703.2 .
  10. ^ Терадзава, Х.; Чикасиге, Ю.; Акама, К. (1977). «Единая модель типа Намбу-Йона-Лазинио для всех элементарных частиц». Физический обзор D . 15 (2): 480–487. Бибкод : 1977PhRvD..15..480T . дои : 10.1103/PhysRevD.15.480 .
  11. ^ Нееман, Ю. (1979). «Неприводимая калибровочная теория консолидированной модели Вайнберга-Салама» . Буквы по физике Б. 81 (2): 190–194. Бибкод : 1979PhLB...81..190N . дои : 10.1016/0370-2693(79)90521-5 . ОСТИ   6534180 .
  12. ^ Харари, Х. (1979). «Схематическая модель кварков и лептонов» (PDF) . Буквы по физике Б. 86 (1): 83–86. Бибкод : 1979PhLB...86...83H . дои : 10.1016/0370-2693(79)90626-9 . ОСТИ   1447265 .
  13. ^ Шупе, Массачусетс (1979). «Композитная модель лептонов и кварков». Буквы по физике Б. 86 (1): 87–92. Бибкод : 1979PhLB...86...87S . дои : 10.1016/0370-2693(79)90627-0 .
  14. ^ Фрич, Х.; Мандельбаум, Г. (1981). «Слабые взаимодействия как проявления субструктуры лептонов и кварков». Буквы по физике Б. 102 (5): 319. Бибкод : 1981PhLB..102..319F . дои : 10.1016/0370-2693(81)90626-2 .
  15. ^ де Соуза, Мэн (2008). «Слабые распады адронов обнаруживают составность кварков». Сциентия Плена . 4 (6): 064801–1.
  16. ^ Демельт, Х.Г. (1989). «Опыты с изолированной покоящейся субатомной частицей» . Нобелевская лекция. Нобелевский фонд . См. также ссылки там.
  17. ^ Дюнь, Ж.-Ж.; Фредрикссон, С.; Ханссон, Дж.; Предацци, Э. (1997). «Боль по Хиггсу? Возьми преон!». arXiv : hep-ph/9709227 .
  18. ^ Харари, Хаим; Зайберг, Натан (1982). «Модель Ришона» (PDF) . Ядерная физика Б . 204 (1). Издательство Северной Голландии: 141–167. Бибкод : 1982NuPhB.204..141H . дои : 10.1016/0550-3213(82)90426-6 . Архивировано из оригинала (PDF) 7 октября 2012 г. Проверено 2 июня 2018 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6d889855dd2c35585543e063f097e4ae__1720296600
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6d/ae/6d889855dd2c35585543e063f097e4ae.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Preon - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)