Preon

A preonok hipotetikus elemi részecskék ,  amelyek kvarkokat [2] és leptonokat képezhetnek . Annak ellenére, hogy jelenleg nincsenek kísérleti jelek a kvarkok és leptonok nem pontszerű természetére, számos megfontolás (a fermionok három generációjának jelenléte, a kvarkok három színének jelenléte, a kvarkok és a leptonok közötti szimmetria ) ) azt jelzi, hogy lehetnek összetett részecskék.

A "preon" nevet Jogeso Poti ( angol.  Jogesh Pati ) és Abdus Salam ( angol.  Abdus Salam ) használta először 1974 -ben . A preonmodellek iránti érdeklődés csúcsa a XX. század 80 -as éveiben volt , ezt követően ez az érdeklődés érezhetően alábbhagyott, mivel sok ilyen modell ellentmondott a gyorsítókon kapott kísérleti adatoknak . Ráadásul az első szuperhúr-forradalom után sok elméleti fizikus hajlamos volt azt hinni, hogy a húrelmélet logikusabb és ígéretesebb. Ennek megfelelően fő erőfeszítéseik ebbe az irányba összpontosultak. Az utóbbi években a húrelmélettel kapcsolatos optimizmus kezdett némileg elhalványulni, ami felélesztette az érdeklődést a preonmodellek iránt, bár a preonmodellek fejlesztése eddig főként fenomenológiai konstrukciókra korlátozódott, a preonok dinamikájának figyelembevétele nélkül. [3] Egyes munkákban az anyagszerkezet preonszintje létezésének lehetséges megfigyelhető következményeit is vizsgálják. [négy]

A standard modell: az egyszerűsítés szükségessége

Mire ( az 1970 -es években ) megjelent az elemi részecskék standard modellje , amelynek kulcselemeit Murray Gell-Mann és George Zweig határozta meg még 1964 -ben, kísérletileg több száz különböző tulajdonságú részecskét fedeztek fel. E részecskék osztályozása meglehetősen nehézkes és mesterséges hierarchikus sémán alapult, amely nagyon emlékeztet a különféle állatcsoportok elágazó biológiai osztályozására . Nem meglepő, hogy az elemi részecskék nagy családját néha „részecske állatkertnek” is nevezik.

Az elemi részecskefizikában általánosan elfogadott Standard Modell lehetővé tette ennek a képnek a jelentős egyszerűsítését azáltal, hogy a hadronokat összetett rendszerekként ábrázolja, és két fő osztályba osztja: két kvarkból álló mezonokra és barionokra , amelyek három kvark különféle kombinációi. E modell szerint a gyorsítókban található részecskék túlnyomó többsége nem más, mint kvarkok különféle kombinációi.

Az elemi részecskék többféle típusát feltételezi a Standard Modell . Például a kvarkok hat típusa (íze) létezik, amelyek mindegyike rendelkezhet egy speciális töltet három értékével, amelyeket "színekkel" jelölnek (általában piros, zöld és kék). A színtöltések bevezetése a standard modell egy olyan szakaszának kezdetét jelentette, mint a kvantumkromodinamika (QCD). Ezen túlmenően a standard modellben hat másik alapvető részecsketípus található, amelyeket leptonoknak neveznek. Közülük három ( elektron , müon és tau-részecske ) egységnyi elektromos töltés hordozója, a másik három (elektron, müon és tau - neutrínó ) elektromosan semleges. A Standard Modell fotonokat , gyenge kölcsönhatású bozonokat (W + , W− , Z) és gluonokat is tartalmaz , valamint a Higgs-bozont és a még fel nem fedezett gravitont . Ezeknek a részecskéknek szinte mindegyike lehet jobb vagy bal oldali polarizált állapotban.

A standard modell továbbra is számos problémát hagy megoldatlanul. Különösen nem sikerült kielégítő gravitációs kvantummodellt építeni , bár elvileg a standard modell feltételezi a graviton jelenlétét a gravitációs kölcsönhatás hordozójaként. Ezen túlmenően a megfigyelt részecske tömegspektrum eredete továbbra is tisztázatlan: bár a tömegek keletkezésének tényét a Higgs-mechanizmus kielégítően magyarázza , a tömegértékek azonban nem ebből származnak, csak néhány kísérleti szabályszerűség. észreveszik ezeknek a tömegeknek az eloszlását.

Az univerzum szerkezetének globális szintű magyarázatával is gondok vannak . Különösen szimmetrikus kezdeti feltételek mellett a Standard Modell mind a közönséges, mind az antianyag közel azonos arányú jelenlétét jósolja, ami nyilvánvalóan ellentmond a megfigyeléseknek. Számos mechanizmust javasoltak a probléma megoldására, de a mai napig egyik javaslat sem népszerű.

Elméleti háttér a preon modellek kidolgozásához

A preon és más, a standard modellen túlmutató modelleken végzett munkát az a vágy motiválta, hogy csökkentsék a standard modell szabad paramétereinek számát egy mélyebb strukturális szintre lépéssel, azaz megközelítőleg ugyanazt a sémát valósítsák meg, mint a szabványos modell magát az osztályozás " állatkert "részecskék és számának csökkentése az alapvető részecskék. A következő problémákat kell megoldani:

• Csökkenteni kellett az alapvető részecskék számát , amelyek közül sok a standard modellben csak töltésükben különbözik , mint például az elektron és a pozitron . A preonmodell keretein belül például feltételezhető, hogy ezek a csaknem azonos részecskék azonos preonokból összeállíthatók, és a töltésjelek különbsége a megfelelő szerkezeti különbségekkel magyarázható.
• Az alapvető fermionok második és harmadik családjába tartozó részecskéket ugyanolyan alapvetőnek tekintjük, mint az első család részecskéit. Ennek ellenére az előbbiek nagyobb tömegűek, mint az utóbbiak, és instabilok, az első család részecskéivé bomlanak. A történelmi tapasztalatok azt mutatják, hogy például a magfizikában egyes kémiai elemek magjainak instabilitása a stabilabb izotópoktól való szerkezeti eltéréseiből adódik . Az izotópokkal való analógiát levonva feltételezhetjük, hogy legalábbis az instabil fundamentális fermionok olyan belső szerkezettel rendelkeznek, amely megkülönbözteti őket a stabil fermionoktól [5] .
• Leküzdhetetlen különbségek vannak az elemi részecskék elmélete és a gravitáció elmélete között . A preon modellek átmeneti elemként szolgálhatnak e két elmélet között. Az egyik példa a preon Bilson-Thompson modell ( angolul  Sundance O. Bilson-Thompson ) és a hurokkvantumgravitáció elméletének egyesítése .
• Az alapvető részecskék jövőbeli elméletének kevesebb kísérleti bemenettel kell rendelkeznie, mint a Standard Modellnek, és figyelembe kell vennie a Standard Modell legtöbb bemenetének eredetét (pl. részecsketömegek és elektromos töltések).
• A Standard Modellben szereplő alapvető részecskék tömegtartománya megmagyarázhatatlanul széles. Például egy elektronneutrínó tömege gyakorlatilag nulla, a t-kvark tömege pedig körülbelül 190 protontömeg , ami egy aranymag tömegéhez hasonlítható , amely 79 protonból és 118 neutronból áll . A Standard Modell a t-kvarkot egyfajta tömegcsokorként ábrázolja, amelynek nincs belső szerkezete, és ezt a tömeget nem magyarázzák meg mennyiségileg. A preon modellekben azonban a t-kvark tömegének számszerű értéke az aranymag tömegével analógiával magyarázható.
• Mostanáig nincs elméleti alapja az instabil alapvető részecskék felezési idejének kiszámításának.
• Meg kell magyarázni az alapvető fermionok családjainak megfigyelt számát.
• Kívánatos alternatív magyarázatot találni az elektrogyenge szimmetria-törési folyamatra a Higgs-mechanizmus bevonása nélkül , ami viszont megköveteli a szuperszimmetria meglétét a Higgs-mezővel kapcsolatos néhány elméleti nehézség megoldásához .
• Kívánatos egy olyan modell, amely megmagyarázza az alapvető részecskék teljes fenomenológiáját anélkül, hogy túllépne három térbeli dimenzión, és nem használna fel olyan új hipotetikus objektumokat, amelyek létezését kísérletileg nem erősítik meg, mint például Higgs-mezők, húrok vagy az alapvető részecskék szuperszimmetrikus partnerei. .
• Az új elméletnek természetesen magában kell foglalnia a neutrínó oszcillációit és azok nullától eltérő tömegeit.
• Várhatóan az új elmélet előrejelzései segíthetnek majd a sötét tömeg szerepére jelölt részecskék felkutatásában . Ezekre az előrejelzésekre akkor is szükség lehet, ha az LHC -vel és más gyorsítókkal végzett kísérletek nem vezetnek a (2012-ben felfedezett) Higgs-bozon és az alapvető részecskék szuperpartnereinek felfedezéséhez. Feltételezzük, hogy az új elméletnek csak az alapvető részecskék megfigyelt spektrumát kell reprodukálnia anélkül, hogy a természetben nem megfigyelhető részecskéket generálna (ez például a szuperszimmetriát használó modelleknél problémás).
• Számos korábbi elmélet egyetlen alapvető kölcsönhatásról nem nyert kísérleti megerősítést. Így a protonbomlási folyamat kísérleti megfigyelésének lehetetlensége arra utal, hogy például a húrelmélet és az általa használt szuperszimmetria elve nagy valószínűséggel hibás. Ezért az elemi részecskék elméletének további fejlődéséhez alternatív ötletekre van szükség, amelyek közül az egyik lehet az összetett alapvető részecskék ötlete.

Ha a húrelmélet sikeresen megoldaná a fenti problémákat, akkor a preon modellek fejlesztése felesleges lenne. Ebben az esetben a Standard Modell különböző alapvető részecskéi különböző frekvenciájú és módusú oszcilláló húrokként ábrázolhatók. A részecskedinamika ezután a Feynman -féle diagramokhoz hasonló diagramokkal írható le , de világvonalak helyett kétdimenziós világfelületeket használva , és az alapvető fermionok három családja a magasabb dimenziójú modulusok sokaságának meghatározott konfigurációit lefedő húrokkal magyarázható. A húrelmélet látható fejlődésének hiánya miatt azonban egyre több fizikus kezd kételkedni annak gyümölcsözőségében. [6] Ennek eredményeként egyre sürgetőbb az alternatív elméletek, köztük a preonokon alapuló összetett modellek kidolgozása.

Történelmi kitérő: prequarks

A preon név a pre-kvarkoktól, hipotetikus entitásoktól származik, amelyek a kvarkokat közvetlenül megelőző anyag szerkezeti szintjére utalnak. A feltételezett elemi részecskék (vagy általában a kvarkok mögött meghúzódó szerkezeti szinteknek megfelelő részecskék ) alternatív elnevezéseként subkvarkok, maonok, alfonok, kinkok, rishonok, tweedlek, gelonok, haplonok és Y-részecskéket használták . A Preon a leggyakrabban használt név. Kezdetben ezt a kifejezést olyan részecskékre használták, amelyek az alapvető fermionok két családjának szerkezetét alkotják ( leptonok és kvarkok 1/2-es spinnel). Manapság a preon-modelleket egész spin-bozonok reprodukálására is használják.

Az egyik első kísérlet arra, hogy az alapvető részecskéket kompozit rendszerek formájában ábrázolják, J. Poti és A. Salam fent említett munkája volt, amely 1974-ben jelent meg a Physical Review-ban. További próbálkozások közé tartozott Terazawa , Chikashige és Akama 1977-es munkája , valamint Ne'eman , Harari, Shupe hasonló, de független 1979-es munkái, valamint Fritzsch és Mandelbaum 1981-es (Frizsch, Mandelbaum), 1992-ben D'Souza és Kalman ( D'Souza, Kalman) és Larson (Larson) cikke, amely 1997-ben jelent meg. Ezek a munkák nem kaptak széles körű elismerést a tudományos közösségtől.

Valamennyi preon modellben a standard modellhez képest kisebb számú alapvető részecskék használata javasolt. Ezen túlmenően minden preon modell egy sor speciális szabályt hoz létre, amelyek szerint ezek a részecskék kölcsönhatásba lépnek egymással. Ezen szabályok alapján bemutatjuk, hogy a javasolt alapvető részecskék hogyan alkothatják a Standard Modell szerkezetét. Sok esetben kiderült, hogy a preon modellek előrejelzései eltértek a standard modelltől, kísérletileg nem megfigyelhető részecskék és jelenségek jelentek meg bennük, ami e modellek elutasításához vezetett. Tipikus ebben a tekintetben a Harari által javasolt rishon-modell.

Számos preonmodellben azt feltételezik, hogy a természetben megfigyelt látszólagos egyensúlyhiány az anyag és az antianyag között valójában illuzórikus, mivel az antianyag összetett részecskeszerkezetek része, és az egyensúlyhiány a preon szintjén eltűnik.

A Higgs -bozont sok preonmodellben vagy nem veszik figyelembe, vagy éppen a létezésének lehetőségét utasítják el. Ebben az esetben feltételezzük, hogy az elektrogyenge kölcsönhatás szimmetriáját a preonok sértik meg, és nem a skaláris Higgs-mező. Például a Fredrikson-preon modellben az elektrogyenge kölcsönhatás szimmetriája megbomlik, amikor a preonokat egyik szerkezetből a másikba rendezik át. Ennek megfelelően a Fredrickson-modell nem biztosítja a Higgs-bozon létezésének lehetőségét. Másrészt ennek a modellnek van egy bizonyos stabil preonkonfigurációja, amelyet Fredrickson X-kvarknak nevez, és amely jó jelöltnek tekinthető az univerzumban rejtett tömeget alkotó részecske szerepére. Ebben a cikkben azonban Fredrickson elismeri, hogy modelljében a tömegparadoxon meglehetősen komoly probléma, különösen, ha neutrínótömegről van szó.

Mint már említettük, a Standard Modell szerkezetének eredetének magyarázatát célzó munkák túlnyomó többsége a húrelmélethez kapcsolódik. Egy ideig azt hitték, hogy a húrelmélet teljesen kiszorította a preon irányt, és az egydimenziós szuperszimmetrikus húrok segítségével reprodukálható a minimális szuperszimmetrikus szabványmodell (MSSM) összes részecskéje, beleértve azok tulajdonságait is, mint a szín. , töltés, paritás, kiralitás és tömegek. De ez eddig nem volt lehetséges, az elméleti fizikusok nagy kollektív erőfeszítései ellenére. A Spiers-ben és az Arxivban végzett archív kutatások azt mutatják, hogy 1982 óta több mint 30 000 közlemény jelent meg a húrelméletről, és ez a szám havonta körülbelül néhány száz dolgozattal növekszik. Ugyanakkor a 2003-tól 2006-ig terjedő preonok esetében csak néhány tucat mű található az Arxiv rendszerben. Említésre méltó Bilson-Thompson (SO) és Fredriksson (Fredriksson, S.) [7] munkái, amelyek az elmúlt öt évben jelentek meg .

A hurokkvantumgravitáció elmélete és a Bilson-Thompson modell

Sundance Bilson-Thompson 2005-ös cikkében [8] egy modellt javasolt (nyilván M. Khovanov általánosabb fonatelméletén alapul) [9] [10] ), amelyben a Harari rishonokat hosszúkás szalagszerű tárgyakká, úgynevezett szalagokká alakították át. Potenciálisan ez magyarázhatja az elemi részecskék részösszetevőinek színtöltés megjelenéséhez vezető önszerveződésének okait, míg a korábbi preon (rishon) modellben az alapelemek pontrészecskék voltak, és a színtöltést feltételezték. . Bilson-Thompson kiterjesztett szalagjait „gelonoknak”, a modellt pedig gelonnak nevezi. Ez a modell az elektromos töltés olyan topológiai entitásként való értelmezéséhez vezet, amely a szalagok csavarásakor keletkezik.

A második cikkben, amelyet Bilson-Thompson 2006-ban, F. Markopolouval (Fotini Markopolou) és L. Smolinnal (Lee Smolin) publikált, azt javasolták, hogy bármely kvantumgravitációs elmélethez, amely a hurkok osztályába tartozik, ahol a tér -az idő kvantált, maga a téridő gerjesztett állapotai játszhatják a preonok szerepét, ami a standard modell megjelenéséhez vezet, mint a kvantumgravitáció elméletének egyik felbukkanó tulajdonsága [11] .

Így Bilson-Thompson és munkatársai azt javasolták, hogy a hurokkvantumgravitáció elmélete képes reprodukálni a standard modellt azáltal, hogy automatikusan egyesíti mind a négy alapvető kölcsönhatást. Ugyanakkor a brad-ként (szálas téridő szövevényként) ábrázolt preonok segítségével sikerült felépíteni az alapvető fermionok (kvarkok és leptonok) első családjának sikeres modelljét, amely többé-kevésbé helyesen reprodukálja őket. díjak és paritások [11] .

Bilson-Thompson eredeti tanulmánya azt feltételezte, hogy a második és harmadik család alapvető fermionjai összetettebb téveszmékként ábrázolhatók, és hogy az első család fermionjai a lehetséges téveszmék legegyszerűbbek, bár az összetett téveszmék specifikus reprezentációi nem. adott. Úgy gondolják, hogy az elektromos és színtöltéseket, valamint a magasabb rangú családokhoz tartozó részecskék paritását pontosan ugyanúgy kell meghatározni, mint az első család részecskéinél.

A kvantumszámítási módszerek alkalmazása lehetővé tette annak kimutatását, hogy az ilyen részecskék stabilak, és nem bomlanak le a kvantumfluktuációk hatására [12] .

A Bilson-Thompson modellben a szalagszerkezeteket olyan entitásokként ábrázolják, amelyek ugyanabból az anyagból állnak, mint maga a téridő [12] . Míg a Bilson-Thompson tanulmányok bemutatják, hogyan lehet fermionokat és bozonokat előállítani ezekből a struktúrákból, nem tárgyalják, hogyan lehetne a Higgs-bozont előállítani márkajelzéssel.

L. Freidel (L. Freidel), J. Kowalski-Glikman (J. Kowalski-Glikman) és A. Starodubtsev (A. Starodubtsev) 2006-os cikkében azt javasolta, hogy az elemi részecskék ábrázolhatók a gravitációs mező Wilson-vonalaival , ami arra utal, hogy a részecskék tulajdonságai (tömegük, energiájuk és spinük) megfelelhetnek a Wilson-hurkok tulajdonságainak – a hurokkvantumgravitáció elméletének alapvető tárgyai. Ez a munka a Bilson-Thompson preon modell további elméleti alátámasztásának tekinthető [13] .

A körkvantumgravitáció elméletéhez közvetlenül kapcsolódó spin habmodell formalizmusát felhasználva, és csak az utóbbi kezdeti elvei alapján reprodukálható a standard modell néhány más részecskéje is, például fotonok, gluonok [ 14] és gravitonok [15] [16]  – függetlenül a fermionok Bilson-Thompson brad sémájától. Ez a formalizmus azonban 2006-ig még nem tudott gelon modelleket építeni. A gelon modellben nincsenek olyan agyak, amelyekkel meg lehetne építeni a Higgs-bozont, de elvileg ez a modell nem tagadja ennek a bozonnak a létezésének lehetőségét valamiféle összetett rendszer formájában. Bilson-Thompson megjegyzi, hogy mivel a nagyobb tömegű részecskék általában bonyolultabb belső szerkezettel rendelkeznek (figyelembe véve a bradák csavarodását is), ez a szerkezet összefüggésbe hozható a tömegképződés mechanizmusával. Például a Bilson-Thompson modellben a nulla tömegű foton szerkezete nem csavart bradoknak felel meg. Igaz, még mindig nem tisztázott, hogy a spin hab formalizmus [14] keretein belül kapott fotonmodell megfelel-e a Bilson-Thompson fotonnak, amely modelljében három felcsavaratlan szalagból áll [11] (lehetséges, hogy a kereten belül a spin hab formalizmusból a fotonmodell több változata is megszerkeszthető).

Kezdetben a "preon" fogalmát a fél spinű fermionok (leptonok és kvarkok) szerkezetében szereplő pontrészecskék megjelölésére használták. Mint már említettük, a pontrészecskék használata a tömeg paradoxonához vezet. A Bilson-Thompson modellben a szalagok nem „klasszikus” pontszerkezetek. Bilson-Thompson a "preon" kifejezést használja a terminológia folytonosságának megőrzésére, de ezzel a kifejezéssel az objektumok egy tágabb osztályát jelöli, amelyek a kvarkok, leptonok és mérőbozonok szerkezetének összetevői.

A Bilson-Thompson megközelítés megértéséhez fontos, hogy az ő preonmodelljében az elemi részecskéket, például az elektronokat hullámfüggvényekkel írja le. A koherens fázisú spin hab kvantumállapotainak összegét a hullámfüggvényen keresztül is leírjuk. Ezért lehetséges, hogy a spin hab formalizmus segítségével elemi részecskéknek (fotonoknak és elektronoknak) megfelelő hullámfüggvényeket kaphatunk. Jelenleg az elemi részecskék elméletének egyesítése a hurok kvantumgravitáció elméletével a kutatás nagyon aktív területe [17] .

2006 októberében Bilson-Thompson módosította cikkét [18] , és megjegyezte, hogy bár modelljét preonmodellek ihlették, ez nem szigorúan preon, így nagy valószínűséggel a preonmodelljének topológiai diagramjai használhatók. és más alapvető elméletekben, mint pl. mint például az M-elmélet. A preon modellekre támasztott elméleti megszorítások nem alkalmazhatók az ő modelljére, hiszen abban az elemi részecskék tulajdonságai nem a részrészecskék tulajdonságaiból, hanem ezen részrészecskék egymáshoz való kötéseiből (brads) származnak. Cikkének módosított változatában Bilson-Thompson elismeri, hogy modelljének megoldatlan problémái a részecskék tömegspektruma, a spinek, a Cabibbo -keverés , valamint annak szükségessége, hogy modelljét alapvetőbb elméletekhez kell kapcsolni. Az egyik lehetőség például a preonok "beágyazása" az M-elméletbe vagy a hurokkvantumgravitáció elméletébe.

A cikk egy későbbi változata [19] a brad dinamikáját írja le Pachner mozdulatokkal.

Elméleti kifogások a preon modellekkel szemben

A tömegek paradoxona

A Heisenberg-féle bizonytalansági elvnek megfelelően tehát a Δx-nél kisebb karakterisztikus dimenziójú tértartományban korlátozott entitásoknak nagyobb karakterisztikus impulzusokkal kell rendelkezniük, mint . A preon modellekben olyan tárgyak használatát javasolják, amelyek mérete kisebb, mint az ezekből az objektumokból képződött részecskék. Ezért a bizonytalanság elvének megfelelően ezen objektumok p momentumainak meg kell haladniuk az összetett részecskék nyomatékait.

Az egyik preon modell 1994-ben jelent meg a Tevatronban található Fermi Laboratory (Collider Detector at Fermilab, CDF) ütköződetektorának működéséről szóló belső jelentés melléktermékeként . Ezt azután javasolták, hogy egy 1992-1993-as méréssorozat során 200 GeV -ot meghaladó energiájú fúvókák megmagyarázhatatlan többletét fedezték fel .

A gyorsítókísérletek azt mutatják, hogy a kvarkok és leptonok 10–18 m nagyságrendű távolságig (körülbelül a protonátmérő 1/1000-e) „pontszerűek ” . Az ilyen kis térfogatba zárt preon tömegétől függetlenül impulzusának a bizonytalansági elv szerint legalább 200 GeV-nak kell lennie, ami 50 000-szer nagyobb, mint az u-kvark nyugalmi tömege és 400 000 -szerese. egy elektron tömege.

A paradoxon tehát abban rejlik, hogy a viszonylag kis tömegű összetett kvarkok és elektronok kisebb részecskékből álljanak, amelyek ugyanakkor hatalmas momentumaik miatt sok nagyságrenddel nagyobb energiatömegűek.

A Bilson-Thompson megközelítés

A Bilson-Thompson preonmodellben a tömegparadoxont ​​megkerülik azáltal, hogy tagadják, hogy a preonok pontszerű objektumok, amelyek 10–18 méteres térfogatban helyezkednek el . Ehelyett azt állítják, hogy a preonok meghosszabbított (kétdimenziós) szalagok, amelyeket nem feltétlenül zárnak be. egy kis kötet. Inkább a téridő geometriájától vagy topológiai redőitől való valamiféle eltérésekként ábrázolhatók, amelyek hármasokban léteznek, és úgy hatnak egymásra, mintha pontstruktúrák lennének, ha hármasok összefüggő állapotai formájában fonódnak össze. Ezenkívül az elemi részecskék tulajdonságainak megfelelő összes többi tulajdonságuk (például tömegek és töltések) is kialakulóban van . Ezért az ilyen agyak nyomatéka összehasonlítható a belőlük álló részecskék nyomatékával.

Húrelméleti megközelítés

A húrelmélet olyan egydimenziós objektumokat vezet be, amelyek hosszúsága a Planck-hossz nagyságrendjében van, és feltételezzük, hogy a standard modell részecskéi ezekből az objektumokból állnak. Így úgy tűnik, hogy a húrelmélet a tömegparadoxonnal is szembesül. A húrelméletek egyike, Lubos Motl a következő magyarázatot adta arra vonatkozóan, hogyan oldható meg ez a paradoxon a húrelméletben (ez a magyarázat az ő beleegyezésével szerepel itt). A tömegközéppontban lévő húr X 0 koordinátája és lendülete pontrészecskének felel meg. A várakozásoknak megfelelően nem ingáznak, és engedelmeskednek a bizonytalansági elvnek (egy bizonyos érték a bizonytalanságnak felel meg és fordítva, míg a szorzatuk egyenlő a -val ).

A zérus módusokon (a tömegrendszer középpontjában lévő szabadságfokokon) kívül minden húr végtelen számú szabadságfokkal rendelkezik, hasonlóan egy nagy számú elektront tartalmazó atomhoz. De végtelen számú elem helyezhető el a karakterlánc mentén. A húr részeinek egymáshoz viszonyított mozgása a kinetikai és potenciális energiák szokásos összegéhez vezet. Mivel a húrok relativisztikus objektumok, energiájuk tömegeknek felel meg az Einstein-képlet szerint .

Ennek eredményeként a legalacsonyabb energiaszintű húrnál egyensúly van a belső szabadsági fokok (kinetikai és potenciális energiák) között – körülbelül ugyanannyi, mint amikor az energiát minimalizáljuk egy harmonikus oszcillátorban , a két hullám közötti bizonytalansági elv mellett. belső szabadsági fokok X és P. A minimum a húr jellemző méretének felel meg, amelyet annak rugalmassága határoz meg, és amelyről úgy gondoljuk, hogy közel vagy valamivel nagyobb, mint a Planck-hossz ( m).

A valóságban a húrenergia kifejezésében szereplő numerikus együtthatók logaritmikusan térnek el, de ez nem befolyásolja a véges energiákkal végzett kísérletek eredményeit. Így a húrelméletben a probléma ugyanúgy megoldott, mint a közönséges részecskék esetében, tekintettel arra, hogy csak a nulla módusok lényegesek. A belső szabadsági fokok csak a mérések pontosságának megítélésekor fontosak, amikor a részecskék belső szerkezetét vizsgáljuk. Ezért a mért "sugaruk" mindig a húr hosszának nagyságrendjébe esik.

Kiralitás és szaporodási feltételek 't Hooft anomáliák esetén

Bármely preon modellnek meg kell magyaráznia a részecskék kiralitását , és meg kell felelnie a 't Hooft anomáliák reprodukálásához szükséges feltételeknek . Ideális esetben minden új elmélet szerkezetének sokkal takarékosabbnak kell lennie, mint a standard modellé.

Kísérleti ellenőrzés lehetőségei

Sok preon-modell új (meg nem figyelhető) erők és kölcsönhatások alkalmazását foglalja magában, ami néha bonyolultabbá teszi ezeket a modelleket, mint a Standard Modell, vagy olyan előrejelzésekhez vezet, amelyek ellentmondanak a megfigyeléseknek.

Például, ha az LHC -nek sikerül kimutatnia a Higgs-bozont (2012-ben fedezték fel), akkor ez számos olyan preonmodellt kizárhat, amelyek vagy nem találják meg a Higgs-bozonnak megfelelő preonkombinációt, vagy megjósolják, hogy ez a bozon nem létezik.

Preon modellek és húrelmélet

A húrelméletben azt feltételezik, hogy a Standard Modell összes alapvető részecskéje és szuperpartnereik ultramikroszkópos húrok rezgései (gerjesztései), amelyek a Planck-hossz nagyságrendjében vannak, rugalmassággal rendelkeznek, és a Calabi-Yau térben 6 vagy 7 oszcillációval oszcillálnak. tömörített térbeli méretek. Eddig az eredményekből ítélve a húrelmélet semmivel sem sikeresebb, mint a preon modellek. John Baez és L. Mottle [ [20] vitájában felmerült, hogy ha bármelyik preon modell sikeres lenne, akkor lehetséges lenne egy húrelmélet megfogalmazása, amely asszimilálná ezt a preonmodellt. Így a két elmélet elvileg nem mond ellent egymásnak.

Vannak olyan munkák, amelyekben a preon modelleket szupersztringek [21] [22] vagy szuperszimmetria [23] alapján építik fel .

Preonok a populáris kultúrában

Az 1930 -as , Skylark of Space, Skylark-Three című regényének 1948 -as újrakiadásában Edward Elmer Smith olyan részecskéket tételezett fel, amelyeket "első és második típusú szubelekronoknak" nevezett. Ez utóbbiak olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek a gravitáció kialakulásához vezetnek. A tudományos-fantasztikus regények újranyomtatása során bekövetkezett változások gyakran követték a tudományos gondolkodás fejlődését, és ez a kiadás talán az elsők között említi meg annak lehetőségét, hogy az elektron összetett részecske (kivéve V. I. Lenin híres 1908 - as kijelentését, miszerint „ az elektron éppúgy kimeríthetetlen, mint az atom” [24]  – bár ez a kifejezés nem Leniné, hanem az általa idézett francia fizikusé, amire Lenin egyenesen rámutat a szövegben).

Lásd még

• preon csillag
• Preon degeneratív halmazállapot
• Rishon Harari

Jegyzetek

1. ↑ A csodálatos világ az atommagban. Kérdések az előadás után Archiválva : 2015. július 15., a Wayback Machine , FIAN, 2007. szeptember 11.
2. ↑ QUARKS • Great Russian Encyclopedia . Letöltve: 2016. június 4. Az eredetiből archiválva : 2016. április 23.. (határozatlan)
3. ↑ Tipikus példa erre a preon modell, amelyet a J.-J. Dugne, S. Fredriksson és J. Hansson. Preon Trinity – Leptonok, kvarkok és nehéz vektorbozonok sematikus modellje  // Europhysics Letters . - 2002. - T. 60 , 2. sz . - S. 188-194 .
4. ↑ Lásd például J. Hansson és F. Sandin. Preon csillagok: a kozmikus kompakt objektumok új osztálya  // Physics Letters B. - T. 616 , 1-2 . - S. 1-7 .  (elérhetetlen link) a preoncsillagok létezésének lehetőségét vizsgálják .
5. ↑ C. S. Kálmán. Miért nem lehetnek alapvető részecskék a kvarkok  // Nuclear Physics B - Proceedings Supplements . - 2005. - T. 142 . - S. 235-237 .
6. ↑ A releváns kritikai kritikák közé tartoznak P. Voit, L. Smolin és D. Friedan könyvei: Peter Woit . Nem is rossz: A húrelmélet kudarca és az egység keresése a fizikai jogban . - Alapkönyvek , 2006. - 291 p. — ISBN 0465092756 . ; Peter Woit . Nem is rossz: A húrelmélet kudarca és a fizika törvényeinek egységesítésének folyamatos kihívása . - Jonathan Cape , 2006. - 256 p. — ISBN 0224076051 . ; Lee Smolin . Baj a fizikával: A húrelmélet felemelkedése, egy tudomány bukása és mi következik . - Mariner Books , 2007. - 392 p. — ISBN 061891868X . ; Daniel Friedan . A húrelmélet egy teljes tudományos kudarc .
7. ↑ Preon-próféciák a szabványos modell alapján archiválva 2019. július 10-én a Wayback Machine es.arXiv.org webhelyen
8. ↑ Kompozit preonok topológiai modellje archiválva : 2018. november 9. a Wayback Machine es.arXiv.org webhelyen
9. ↑ A gubancok funkcionális értékű invariánsa Archiválva : 2019. szeptember 17., a Wayback Machine es.arXiv.org webhelyen
10. ↑ A kusza kobordizmus invariánsa archiválva 2019. július 10-én a Wayback Machine es.arXiv.org webhelyen
11. ↑ 1 2 3 A kvantumgravitáció és a szabványos modell Archiválva : 2015. július 12., a Wayback Machine arXiv.org oldalán
12. ↑ 1 2 Ön a téridőből készült. Archiválva : 2008. május 13. a Wayback Machine New Scientist- nél
13. ↑ Részecskék a gravitációs mező Wilson-vonalaiként Archiválva : 2016. szeptember 15., a Wayback Machine webhelyen arXiv.org
14. ↑ 1 2 Kettős gluonok és monopólusok analitikus levezetése az SU(2) rács Yang-Mills elméletéből. II. Spin foam reprezentáció Archivált 2017. szeptember 25-én a Wayback Machine -en arXiv.org
15. ↑ Graviton propagátor a hurokkvantumgravitációban Archiválva : 2017. szeptember 25. a Wayback Machine -en arXiv.org
16. ↑ A spinhabok gravitonja felé: magasabb rendű korrekciók a 3D játékmodellben Archiválva : 2017. szeptember 25. a Wayback Machine oldalon arXiv.org
17. ↑ Fermionok a háromdimenziós spinhab kvantumgravitációban Archiválva : 2022. január 20. a Wayback Machine -en arXiv.org
18. ↑ Kompozit preonok topológiai modellje archiválva 2015. július 12-én a Wayback Machine webhelyen arXiv.org
19. ↑ Archivált másolat . Letöltve: 2007. június 8. Az eredetiből archiválva : 2010. július 4.. (határozatlan)
20. ↑ Re : Preon modellek  . Letöltve: 2007. június 8. Az eredetiből archiválva : 2007. július 18..
21. ↑ A kvark-leptonok és a kettősség összetett modellje Archiválva : 2021. március 8. a Wayback  Machine -en arXiv.org
22. ↑ Szimmetria és holonómia az M  ​​Theoryban arXiv.org
23. ↑ Maximálisan minimális preonok négy dimenzióban archiválva 2021. május 6-án a Wayback  Machine -en arXiv.org
24. ↑ Lenin, V. I. Komplett munkák. - 5. kiadás - M . : Politizdat, 1980. - T. 29. - S. 100. - 782 p.

Linkek

• Beyond the Standard Model archiválva 2019. december 14-én a Wayback Machine -nél
• Galaktion Andreev. A preonok előbújnak az árnyékból . Computerra (2008. január 14.). Letöltve: 2014. február 2. Az eredetiből archiválva : 2014. február 2.. (határozatlan)
• J. Pati, A. Salam Lepton szám a negyedik "színként" , Phys. Fordulat. D10, 275-289 (1974) [1]
• IA D'Souza, CS Kalman "Preons" (Worls Scientific, Szingapúr, 1992) [2]
• R. Raitio "A lepton és kvark szerkezetének modellje", Physica Scripta, 22, 197-198 (1980) [3]
• S. Bilson-Thompson Kompozit preonok topológiai modellje , eprint (2005) [4] Archivált 2015. július 12-én a Wayback Machine -nél
• S. Bilson-Thompson, F. Markopoulou és L. Smolin Quantum Gravity and the Standard Model , Class. quant. Grav., 24, 3975-3993 (2007) [5] Archiválva : 2015. július 12. a Wayback Machine -nél
• V. Yershov Tripoláris töltések egyensúlyi konfigurációi , Few-Body Systems, 37 (2005) 79-106, [6] Archivált 2016. március 4-én a Wayback Machine -nél
• V. Yershov Fermionok mint topológiai objektumok , Progr. Phys., 1 (2006) 19-26, [7] Archivált : 2016. március 4. a Wayback Machine -nél
• V. Yershov Hárompólusú tereken alapuló ciklikus szerkezet kvantumtulajdonságai , Physica D, 226 (2007) 136-143 [8] Archivált : 2016. március 4., a Wayback Machine -nél
• J.-J. Dugne, S. Fredriksson, J. Hansson, E. Predazzi "Preon Trinity – a leptonok és kvarkok új modellje" [9] Archivált 2017. március 23-án a Wayback Machine -nél
• S. Fredriksson "Preon-próféciák a standard modell alapján" [10] Archivált : 2020. július 25. a Wayback Machine -nél
• J.-J. Dugne, S. Fredriksson és J. Hansson Preon Trinity – Leptonok, kvarkok és nehéz vektorbozonok sematikus modellje , Europhys. Lett., 60, 188 (2002) [11]
• J.-J. Dugne, S. Fredriksson, J. Hansson, E. Predazzi „Higgs-fájdalom? Vegyél egy Preont!" [12] Archiválva : 2019. július 30. a Wayback Machine -nél
• J. Hansson, F. Sandin "Preon csillagok: a kozmikus kompakt objektumok új osztálya" [13] Archivált 2021. szeptember 4-én a Wayback Machine -nél
• A kiválasztott preon modellek elemzése [14] Archiválva : 2007. szeptember 28. a Wayback Machine -nél