¿Por qué los quarks nunca se observan solos?

Respuesta: El principio de confinamiento, según lo validado por la teoría cuántica de campos. Esto se describe en mi libro (haga clic aquí) de la siguiente manera:

“Los quarks y los gluones son los campos básicos que constituyen los campos fuertes y los bariones, pero son esencialmente invisibles, no existen en forma libre. Esto se conoce como el Principio de Confinamiento. Nunca hubiéramos sabido de ellos si no fuera por el creciente número de hadrones (cuantos de los campos de barba y fuerte) que se descubrieron en la segunda mitad del siglo XIX. Para 1961, se había descubierto una docena en lo que se conocería como “el zoológico subatómico” …

“En una hazaña monumental de tecnología informática, recientemente se realizó un cálculo para ver si las ecuaciones de campo de los quarks y los gluones predecirían la variedad de hadrones que se habían descubierto. Primero, se usaron masas de tres de los hadrones recién descubiertos para determinar las propiedades básicas de los quarks y los gluones. Luego se agregó energía a la simulación por computadora para ver si se asentaría en concentraciones estables. Dejaré que Frank Wilczek cuente el resto de la historia.

“Con un suspiro de alivio, notamos que … las masas calculadas concuerdan bastante bien con los valores observados … También es notable lo que no se ve en la computadora … aunque las entradas básicas para los cálculos son quarks y gluones, ¡No aparecen entre las salidas! El Principio de Confinamiento, que parecía tan extraño y desesperado, aquí aparece como una nota al pie de la página para una concordancia completa y completa de la realidad … A través de cálculos difíciles de precisión despiadada que recurren a todo el poder de la tecnología informática moderna, [hemos] demostrado que las ecuaciones inflexibles … explique convincentemente y en detalle cuantitativo la existencia de protones y neutrones, y sus propiedades … Creo que este es uno de los mayores logros científicos de todos los tiempos. – F. Wilczek

P: ¿Por qué los quarks nunca se observan solos?

R: La teoría general afirma que al tratar de separar los quarks, la fuerte fuerza nuclear que los mantiene unidos a través de los gluones no disminuye. Se llama libertad asintótica. Tienes que agregar energía para separar 2 partículas; pero, en el caso de los quarks, agrega tanta energía que crea un par de quarks, uno que se empareja con el quark que intenta separar y otro con la otra partícula de la que está tratando de separarse.

La respuesta real es que los quarks tienen cargas fraccionarias y nunca se han observado en la naturaleza. Entonces, para encubrir el error que cometieron los científicos, inventaron el bit de libertad asintótica que supuestamente deshabilita la separación de los quarks. Es como cuando a Ptolomeo se le preguntó si otros planetas orbitan la Tierra, ¿por qué su movimiento es torpe? Debido a que es un matemático, ideó una ecuación inteligente que describe esa órbita torcida alrededor de la Tierra. Llamó a la torpeza de las órbitas “epiciclos”. Y eso es lo que es la libertad asintótica: un epiciclo.

Para ver por qué los quarks no pueden existir, considera cómo la energía primordial se convirtió en materia. La teoría actual dice que se dividió en pares de materia-antimateria. Los pares más comunes son los pares de electrón-positrón y los pares de quark-antiquark. El problema con esto es que la materia y la antimateria se aniquilan mutuamente en energía pura. Esto significa que, cuando finalice el proceso de aniquilación, quedará energía pura que no se puede volver a dividir en pares, es decir, no se puede crear ningún universo. Así que inventaron la asimetría materia-antimateria, que es un mecanismo desconocido que permitió a la naturaleza crear más partículas de materia que la antimateria. Y solo hay que aceptarlo con fe ciega. Este es otro epiciclo que soluciona un problema difícil.

Sin embargo, si considera que la energía primordial se divide en pares electrón-positrón solo, es decir, no quarks, estas partículas formarán un plasma que atrapa la energía de la aniquilación. Esto obligaría a la naturaleza a usar estas partículas para formar protones, ya que son los únicos hadrones estables en el universo y los electrones y positrones son los únicos leptones estables también en el universo.

El protón tendrá un núcleo de positrones orbitados por electrones. Tendría un exceso de positrones en el núcleo y su electrón asociado permanecerá en el plasma. Cuando los protones chocan, capturarán un electrón para que uno de ellos se convierta en neutrón y juntos formen un deuterón que es un núcleo de deuterio. algunos de estos núcleos de deuterio colisionarán y se unirán para formar núcleos de helio.

Ahora, los electrones aún pueden aniquilar los positrones en energía pura que no puede dividirse en pares nuevamente. Pero la teoría de Breit-Wheeler sugiere que los fotones de baja energía pueden colisionar, unirse y dividirse en pares de electrones y positrones si tienen suficiente energía.

Imperial College London ha propuesto un experimento para probar esta teoría y pronto tendremos confirmación de si la teoría de Breit-Wheeler es cierta. Si es cierto, entonces esto permitirá que la energía del proceso de aniquilación se recicle. Debido a que la energía está atrapada dentro del plasma, no tendrá más remedio que colisionar, unirse y dividirse en pares electrón-positrón. Apuesto a que es verdad porque la naturaleza no es tan inútil como la teoría actual del Big Bang implica que solo 1 en mil millones de partículas sobrevivieron al proceso de aniquilación en la teoría general. En la nueva teoría, casi todas las partículas sobrevivieron.

A medida que la formación de los protones elimina los electrones y los positrones de la mezcla, el proceso de aniquilación se desaceleró hasta detenerse. Tengo que seguir la teoría actual de que solo el 25% de la nube de gas era helio-4 y trazas de litio; El resto permaneció como protones, es decir, hidrógeno. No dijeron nada sobre el deuterio ni el helio-3, que son posibles.

Luego, estos núcleos finalmente adquirieron electrones de repuesto para convertirse en átomos neutros que son transparentes a la energía, liberando así cualquier energía sobrante que no pudiera unirse y dividirse en pares. Esta NO es la radiación CMB; Pero esa es otra historia.

Debido a la estructura del protón y el neutrón, es decir, están estructurados como átomos, cuando se combinan para formar núcleos, lo hacen de manera electromagnética, es decir, sin necesidad de una fuerza fuerte. Forman orbitales nucleares al igual que los átomos forman orbitales moleculares.

Esto explica una multitud de pecados: debido a que los orbitales nucleares están poblados por electrones, la captura de electrones se explica fácilmente porque el orbital nuclear es un hogar perfecto para los electrones. Debido a que el núcleo ya tiene electrones y positrones, las desintegraciones beta y beta + pueden explicarse fácilmente. No es necesario inventar una fuerza nuclear débil para explicar cómo un quark se convierte en un quark up al tomar prestado temporalmente 80 veces la masa de energía del protón.

El protón es el epítome de la estabilidad, lo que significa que el electrón extra dentro del neutrón lo hace inestable. Cuando el neutrón está dentro del núcleo, debido a que formó un orbital nuclear con un protón, el electrón desestabilizador vaga libremente dentro del orbital nuclear dejando que el neutrón se vea como el protón estable, lo que explica su estabilidad dentro del núcleo.

Ahora que no necesitamos las fuerzas nucleares fuertes y débiles, no los quarks, los gluones, los W, ni los bosones Z. En ausencia de estas partículas, QCD, QED, confinamiento de carga, etc. son innecesarios. ¿Ves lo simple que es realmente la naturaleza? Probablemente tengamos que reavivar la electrodinámica de Faraday actualizada por James Clerk Maxwell y Oliver Heaviside.

La fuerza entre ellos es tal que cuanto más separados los separas, más fuerte es la fuerza que los une. En cierto punto, la energía contenida en el sistema llega a ser mayor que la inherente a la masa de dos quarks, por lo que la fuerza se “rompe” y se forman dos quarks en cada extremo (un quark y un antiquark), formando así un quark-antiquark par (un mesón) y un nuevo quark para reemplazar el anterior que formó parte de la partícula original de la que intentó extraer el quark.

Una posible razón es que se piensa que los quarks tienen una propiedad que llamamos color (no tiene relación con el significado habitual de la palabra porque los quarks son tan pequeños que las longitudes de onda del color son enormes en su respeto). Debido a esta propiedad, los quarks interactúan entre sí a través de partículas portadoras llamadas gluones que actúan como portadores de fuerza para la fuerza fuerte. La fuerza fuerte es la fuerza más fuerte conocida, que supera la fuerza electromagnética en órdenes de magnitud.
En realidad, tratar de encontrar un quark solo es como tratar de destrozar una configuración de quark estable trabajando contra la fuerza fuerte. Como sabemos, eso es muy difícil porque la fuerza fuerte es MUY fuerte.
Entonces tal vez es por eso que nunca hemos encontrado un quark varado solo.

PD: Estos desarrollos sacan sus conclusiones del modelo estándar. Echa un vistazo al modelo estándar para más información.

Porque están tan fuertemente atraídos el uno por el otro. Más específicamente, la fuerza mediada por el gluón entre ellos no disminuye con la distancia (debido, a su vez, al hecho de que los gluones, a diferencia de los fotones, pueden ” ramificarse “), por lo que la energía potencial almacenada en el “estiramiento” sigue creciendo. más separados se ponen. Cuando los separas lo suficiente, hay suficiente energía almacenada para crear un nuevo par de quark-antiquark a partir de energía pura. En ese punto, el quark errante se une al antiquark para hacer un mesón y el nuevo quark vuelve a tomar el lugar del quark errante con los otros dos quarks de un barión. Desordenado, ¿eh?

Si, al comienzo de la Época GUT, hubo un número de quarks indivisibles por 3 (contando los antiquarks como menos 1 quark), supongo que uno o dos “quarks huérfanos” han estado rebotando desde que buscaban su tercero perdido. (¡Qué romántico! 😉

La atracción entre los quarks es la fuerza nuclear fuerte, mucho más fuerte que cualquiera de las otras tres fuerzas fundamentales. Y no se debilita con la distancia de separación, a diferencia de la gravedad o las fuerzas electromagnéticas. Como resultado, cuando se ingresa suficiente energía para separar los quarks, el resultado es la creación de nuevos quarks, para que nunca lleguen solos. Wikipedia lo explica así:

“La fuerza fuerte actúa entre los quarks. A diferencia de todas las demás fuerzas (electromagnética, débil y gravitacional), la fuerza fuerte no disminuye en fuerza al aumentar la distancia entre pares de quarks. Una vez que se ha alcanzado una distancia límite (aproximadamente del tamaño de un hadrón), permanece en una fuerza de aproximadamente 10,000 newtons, sin importar cuánto más lejos esté la distancia entre los quarks. [5] A medida que crece la separación entre los quarks, la energía agregada al par crea nuevos pares de quarks coincidentes entre los dos originales; Por lo tanto, es imposible crear quarks separados. La explicación es que la cantidad de trabajo realizado contra una fuerza de 10,000 newtons es suficiente para crear pares de partículas antipartículas dentro de una distancia muy corta de esa interacción. La misma energía agregada al sistema requerida para separar dos quarks crearía un par de quarks nuevos que se emparejarán con los originales. En QCD, este fenómeno se llama confinamiento de color; como resultado, solo se pueden observar los hadrones, no los quarks libres individuales. El fracaso de todos los experimentos que han buscado quarks libres se considera evidencia de este fenómeno “.

El confinamiento fuerte en QCD dicta que si uno intenta separar dos quarks, la energía del campo de gluones que media la fuerza nuclear fuerte puede crear un par de quarks adicionales. Estos nuevos quarks se emparejarían espontáneamente con los quarks de separación. Así los quarks no pueden ser aislados.

Debido a que los quarks no pueden analizarse como fermiones 1/2 estables de giro con el llamado ‘Isospin – Wikipedia’, deben analizarse como fermiones 3/2 de espín 3/3 conservados elementales inestables como se describe / explica en Explicación de QM. Esto explica completamente por qué los quarks solo pueden existir compuestos en conjuntos duales estables (mesones y gluones) o conjuntos triples estables llamados bariones.

Lea también: QM en solo 4D-Spacetime posible, para obtener más información …

Según MC Physics en http://www.mcphysics.org , los quarks son uniones de 2 tipos de carga singular opuestos, las cargas cuantificadas electrostáticas más fuertes (es decir, mono-cargas) conocidas. Su fuerza de unión es la “fuerza nuclear fuerte”, ya que son las cargas electrostáticas más fuertes, muy juntas y con un mínimo de fuerzas externas que los impactan. Hay una carga neta extremadamente alta en la partícula y, por lo tanto, son “impulsadas” por las fuerzas de carga de atracción natural para unirse con cargas opuestas para neutralizarse en la carga. Esto ocurre inmediatamente y con CUALQUIER carga opuesta (incluso retirando tales cargas de la materia existente), lo que significa que rara vez se aíslan individualmente.

Depende de lo que “encontrado” significa. Los experimentos que estudian densidades de energía muy altas creadas en colisiones con iones pesados ​​han demostrado que las observaciones son compatibles con una imagen subyacente de los quarks que vagan sin ataduras en una “sopa” de quarks y gluones, conocida como plasma de quarks gluones.
¿Estás ahí para ver un quark solo? No. Pero todavía puedes realizar experimentos y ver si los resultados coinciden con ese concepto o no. Y lo hacen.

La fuerza entre los quarks no disminuye a medida que se separan. Debido a esto, cuando separa un quark de otros quarks, la energía en el campo del gluón es suficiente para crear otro par de quark; por lo tanto, están siempre vinculados a hadrones como el protón y el neutrón o el pión y el kaón.

La razón por la que no se observan los quarks es porque solo existen en el modelo estándar, no en la realidad. Si las partículas cargadas fraccionadamente (quarks) existieran en realidad serían detectables; No son detectados. La justa historia de un campo de gluones igualmente imaginario es solo un encubrimiento ad hoc para un fracaso teórico descaradamente obvio.

En resumen, la energía que necesita para separar un par de quarks es mayor que la energía que necesita para crear un quark. Cada vez que se dividen dos quarks, cada quark individual “atraerá y creará” otro quark del vacío cercano para formar un nuevo par de quark, al igual que cuando se divide un imán, cada imán todavía tiene dos polos, sur y norte.

No sé si entiendo su pregunta correctamente, pero los quarks nunca se encuentran libres. Siempre están ligados en la naturaleza. Debido a que constituyen los protones y neutrones y son muy pequeños, solo los experimentos de dispersión de electrones inicialmente podrían probar su existencia. Más adelante, los experimentos de D-Zero confirmaron la existencia del quark top en Fermi Lab.

La física es una gran herramienta para explicar cómo ocurre un comportamiento observado. Pero no es una gran herramienta para reflexionar sobre “por qué”. Esto podría parecerle una queja semántica, pero “cómo” explica los procesos que observamos, pero “por qué” explica el propósito de tales comportamientos. La física no se pregunta sobre el propósito, solo la filosofía lo hace.

Hemos explicado cómo los quarks son capturados por otros quarks y mantenidos en conjuntos estables. Hemos explicado cómo un quark se desintegra después de ser arrojado desde un protón o átomo debido a los impactos de muy alta velocidad. Estas son cosas que hemos observado y explicado.

Pero realmente no creemos que sea “raro” que hayamos observado estas cosas. Eso implica que hay un “por qué” detrás de este fenómeno que usted encuentra en contra de sus propias expectativas y la física realmente no se preocupa por eso.

Debido a que la energía requerida para separarlos es suficiente para crear nuevos quarks, así que cuando rompa un quark de un protón, aparecerá otro quark y se unirá a él antes de que tenga tiempo de observar al que rompió.

Este fue un hallazgo inesperado, para el cual se tuvieron que desarrollar nuevas físicas.

En condiciones normales, el esfuerzo requerido para separar los quarks crea nuevos quarks. Se mantienen juntos excepto en energías ultraaltas.