¿Cómo pueden considerarse partículas por derecho propio las partículas inestables del modelo estándar si decaen inmediatamente en partículas estables?

Question

¿Cómo pueden considerarse partículas por derecho propio las partículas inestables del modelo estándar si decaen inmediatamente en partículas estables? A un profano como yo le parecería que estas partículas inestables más pesadas no son más que una interacción transitoria de las formas estables.

Answer 1

Tomemos por ejemplo un electrón y un muón. El muón es inestable porque se desintegra en un electrón y dos neutrinos en aproximadamente 2 $\mu$ s. Pero un muón no es en cierto sentido un electrón excitado. Ambas partículas son excitaciones en un campo cuántico y ambas son tan fundamentales la una como la otra. El electrón es estable sólo porque no existe ninguna combinación de partículas más ligeras en las que pueda descomponerse conservando la carga total de $-e$ y giro total de $\tfrac{1}{2}$ .

Que una partícula decaiga o no depende de si hay partículas más ligeras en las que pueda decaer. Un muón pesa unos 105,7 MeV, mientras que un electrón pesa unos 0,511 Mev. Por tanto, un muón puede transformarse en un electrón y sobrarle 105,2 Mev para los dos neutrinos y las energías cinéticas de todas las partículas. Un electrón no puede transformarse en un muón a menos que pueda encontrar los 105,2 MeV extra de alguna parte. Si suministramos la energía extra, por ejemplo en el Colisionador LEP entonces los electrones pueden "desintegrarse" en muones, y de hecho lo hacen.

Answer 2

¿Cómo pueden considerarse partículas por derecho propio las partículas inestables del modelo estándar si decaen inmediatamente en partículas estables?

Aquí sólo consideraré las partículas elementales, no compuestas. Todas las resonancias hadrónicas son partículas compuestas de combinaciones quark antiquark así como el neutrón .

En modelo estándar de la física de partículas tiene un número relativamente pequeño de partículas elementales puntuales (de dimensión 0) y es un modelo de un gran número de observaciones encapsuladas en su forma más simple.

El Modelo Estándar de las partículas elementales (representación más esquemática), con las tres generaciones de materia, los bosones gauge en la cuarta columna y el bosón de Higgs en la quinta.

Este modelo incorpora una simetría de grupo ( SU(3)xSU(2)xU(1) ) que lo identifica. La hipótesis básica es que a grandes energías la simetría no se rompe, es decir, que no existe un campo de Higgs que dé masa a las partículas que entran en la tabla, y por tanto a esas energías todas esas partículas son estables, ya que no puede haber un estado de energía inferior al que puedan decaer. Tienen una existencia separada en las simetrías de grupo debido a los números cuánticos que dan un nicho único para cada partícula.

Tras la ruptura de la simetría electrodébil a unos 246 GeV e inferiores , el valor de expectativa del vacío de Higgs, las partículas adquieren las masas que hemos medido en el laboratorio y los compuestos muestran la bellas representaciones de grupo que dio lugar al modelo estándar para empezar.

A un profano como yo le parecería que estas partículas inestables más pesadas no son más que una interacción transitoria de las formas estables.

El modelo estándar dice que las partículas inestables son un artefacto de la baja energía en la que uno las observa, a energías suficientemente altas ya no son inestables porque tienen masa cero.

El modelo estándar tardó años en desarrollarse. Cuando empecé en 1963, estaban de moda diferentes modelos (cuatro interacciones de fermi, predominio de mesones vectoriales, polos de Regge, óctuple vía) que, debido a la acumulación de datos, se transformaron lentamente en el modelo estándar. Son los diferentes números cuánticos, conservados por diferentes interacciones, los que dan las estructuras de grupo particulares observadas y finalmente la tabla de partículas.

Sin embargo, es interesante observar que las teorías de cuerdas, que pueden integrar el modelo estándar de la física de partículas, plantean un tipo de "partícula", en lugar de un punto, una cuerda unidimensional en la que las partículas son niveles vibracionales de la cuerda que muestran las representaciones de grupo del modelo estándar.

Answer 3

Creo que la respuesta más directa a esto sería el hecho de que una partícula más pesada puede descomponerse en muchas partículas más ligeras diferentes para diferentes reacciones. La abundancia de ocurrencia de estas relaciones son const. De nuevo, la misma partícula pesada puede crearse en múltiples tipos de colisiones de varias partículas más ligeras diferentes. Por lo tanto, no podemos decir que la partícula más pesada sea sólo una "partícula compuesta".

Aunque hay algunas partículas de esta categoría que has mencionado. Por ejemplo, los "fermiones compuestos", que son estados ligados de un electrón y un cuanto de flujo. Pero no todas.

Answer 4

Inmediatamente no es realmente cierto, hay cierta proporcionalidad.

Siento no responder directamente sobre "el modelo estándar", se trata de quarks y leptones. Pero encajarán en el modelo general, ya lo verás. Permítanme considerar primero todas las "partículas" que figuran en el archivo del grupo de datos de partículas.

La mayoría de las partículas que se desintegran mediante fotones tienen una vida media aproximadamente inversa al cubo de su masa, multiplicada por una constante.

La mayoría de las partículas que decaen por beta tienen una vida media aproximadamente inversa a la quinta potencia de su masa, el tiempo una constante.

Vea aquí la foto. Horizontal es la masa, vertical es el ancho de decaimiento, que es aproximadamente el inverso de la vida media.

El neutrón es mucho más estable, por eso no aparece aquí, está abajo en la trama entonces.

Las "resonancias" y los "estados excitados" se encuentran en la enorme masa con tiempos de vida muy pequeños, o amplios anchos de decaimiento. Así que aunque W, Z o la cima decaigan más rápido que cualquier resonancia, decaen lo suficientemente lento en comparación con su masa. Aun así, incluso una resonancia es más estable que el inverso de su masa, $ t_{1/2} > \hbar / mc^2$ la línea gris de arriba en el dibujo

Incluso para el bosón de Higgs (la amplitud de su desintegración aún no se ha medido directamente, al igual que para Upsilon 1,2 y 3, pero de todos modos podemos adivinarla o calcularla) se puede ver que es suficientemente estable en comparación con su masa. Además, todavía hay algunos estados excitados no medidos de Bs que deberían estar entre las dos líneas, y parece que no va a recibir un nombre, sólo Bs* será. Así que es algo así como una regla empírica, pero parece aceptable cuando se traza todo. Curiosamente, la mayoría de los libros de texto parecen no tener espacio para un gráfico logarítmico tan bonito.

Al final, ¿qué pasa con los fermiones del modelo estándar? Bueno, como la carga se conserva, y accidentalmente también el número de bariones y leptones, sólo decaen a través de la fuerza débil. De hecho, puedes ver el "mu" exactamente en la esquina inferior del gráfico, y un imaginario $m^5$ línea que lo atraviesa también atravesará el leptón tau. Por lo tanto, todos ellos son más estables que la línea amarilla en el gráfico, excepto el superior, que está en el medio entre ambos, debido al restablecimiento de la simetría electrodébil. Así que para los fermiones, En cuanto a W y Z, y Higgs, también se ajustan a la escala intuitiva. Digamos que, todos ellos son más "fundamentales" y seguramente los consideraríamos partículas por derecho propio aunque no fueran tan estables como lo son. Pero son muy estables.

Answer 5

Su pregunta parece bastante general, pero quizá esté confundido sobre lo que es la "descomposición". Cuando decimos que algo "decae" no siempre nos referimos a que se "descomponga" en sus partes constituyentes. De hecho, casi nunca lo hacemos. Las partículas más pesadas no son realmente "interacción transitoria de las formas estables", a menos que lo entienda mal, y eso no es algo que tenga sentido decir.