¿Existen realmente las partículas del modelo estándar o se limitan a describir útilmente los comportamientos de un medio?

Question

He leído que la propagación del sonido puede modelarse como partículas de fonones que se mueven e interactúan. Entiendo que se trata de una construcción matemática útil para describir el comportamiento de las ondas de presión longitudinales en un medio como el aire.

¿Son las partículas del modelo estándar realmente materia en el mismo sentido que las cosas mundanas que podemos observar directamente (como las moléculas de aire cuyo movimiento transmite el sonido), meros modelos que describen el comportamiento de un medio (posiblemente desconocido) (como los fonones), o creemos que en su nivel fundamental toda la materia puede ser como los fonones en el sentido de que todo está describiendo cómo algún campo o medio propaga la energía?

Cuando se va más allá de los electrones, protones y neutrones, no me queda claro que las otras partículas existan en lugar de ser modelos de cómo se comportan otras cosas. Acepto que las matemáticas hacen predicciones precisas, pero no me queda claro que no sean como los fonones en ese sentido.

Answer 1

Aquí hay una cámara de burbujas imagen de un evento

Se interpreta como partículas:

$$ {\newcommand{Subreaction}[2]{{\rlap{\hspace{0.38em} \lower{25px}{{\rlap{\rule{1px}{20px}}} {\lower{0.5ex}{\hspace{-1px} \longrightarrow {#2}}}}}} {#1} }} {K}^{-} ~~ p ~~ {\longrightarrow} ~~ {\Subreaction{{\Omega}^{-}}{ {\Subreaction{{\Lambda}^{0}}{p ~~ {\pi}^{-}}} ~~ {K}^{-}}} ~~ {K}^{+} ~~ {K}^{+} ~~ {\pi}^{-} $$

y muestra la generación y decadencia de un ${\Omega}^{-},$ la partícula que llena la predicción en el decuplo de hadrones .

Llamamos a los kaones, protones y piones "partículas" porque macroscópicamente su huella es la de una partícula cargada con un momento determinado que atraviesa un medio ionizable.

Cientos de miles de imágenes similares medidas, dieron los datos para el modelo estándar antes de que los nuevos detectores de datos electrónicos entraran en escena. Por eso hablamos de física de partículas.

Mira el experimento de la doble rendija para los electrones, un solo electrón a la vez. La huella en la pantalla es un punto, dentro de los errores de detección, una huella que se espera que dé una partícula. La naturaleza ondulatoria aparece en la acumulación de muchos electrones con las mismas condiciones de contorno que se dispersan por las rendijas, en el patrón de interferencia, debido a la naturaleza mecánica cuántica probabilística, la función de onda que es la solución del problema de la dispersión.

La existencia necesita un análisis filosófico. Las imágenes de la cámara de burbujas existen. La doble hendidura de un solo electrón a la vez existe. El modelo matemático que ata y ajusta los datos si se valida, existe.

¿Somos platonistas, es decir, las matemáticas definen la realidad? O realistas: los datos definen la realidad. Habiendo empezado con los modelos de polos de Regge para la física de partículas y terminado con el modelo estándar, y contemplando los modelos de la teoría de cuerdas, tiendo a ser realista: si camina como un pato y grazna como un pato, es un pato. O tal vez una ola en el estanque ;).

Answer 2

Es una cuestión muy filosófica. Tienes un modelo que predice los resultados de las mediciones, pero ¿cuál es su interpretación? ¿Qué realidad representa?

Las teorías cuánticas de campo tratan de (alerta de spoiler...) campos cuánticos (vale, no es mucho spoiler). Las partículas de las que se habla, como los fotones o los electrones, son los modos de vibración (las ondas) de estos campos, al igual que los fonones son los modos (ondas) de vibración de la materia.

Yo prefiero interpretar la teoría diciendo que lo que existe son los propios campos cuánticos, no las partículas per se. Esto permite hablar de lo que existe incluso cuando no hay tratamiento perturbativo, es decir, cuando la discusión en términos de los modos de vibración (las partículas) no tiene sentido. Y me parece menos artificial; plantear que sólo existen los modos de vibración en lugar de la cosa que vibra parece extraño e innecesario, restringiendo extrañamente lo que existe a sólo una parte de lo que la teoría describe.

Answer 3

" Sin embargo, para ser claros, lo que quiero decir con "existen realmente" es que no son simplemente el comportamiento de un sustrato de algún tipo y son realmente pequeños trozos de cosas. "

Si le decimos que son " pequeños pedazos de cosas "Entonces, ¿de qué están hechos los trocitos de material? Por lo que sabemos, la respuesta es "excitaciones en campos cuánticos", también conocidas como " el comportamiento de un sustrato de algún tipo ". El fondo de esta cadena de preguntas, al menos que yo sepa tenemos respuestas, es que todas las "cosas" son energía a través de la masa-energía equivalencia (sin conversión) $E=mc^2$ . David Tong tiene una conferencia sobre Campos cuánticos: Los verdaderos bloques de construcción del universo básicamente diciendo que si te olvidas de la analogía con las partículas y piensas en las "cosas" sólo como excitaciones en los campos cuánticos las cosas se vuelven más claras.

¿Existe realmente? Sean Carroll tiene lo que él llama "Teoría del núcleo" o "Una ecuación que cabe en una camiseta" que describe "El mundo de la experiencia cotidiana, en una ecuación" . Combina la mecánica cuántica, el espacio-tiempo, la gravedad, todas las demás fuerzas fundamentales, la materia y el bosón de Higgs (que da la masa) para describir todo lo que podemos experimentar aquí en la Tierra con mucha precisión. Y habla más de ello en La gran imagen: Del Big Bang al sentido de la vida .

También sabemos que es equivocado . O más bien que es incompleto . Mientras que la teoría del núcleo funciona muy bien para las cosas a la escala con la que trabajamos, no logra dar cuenta de las observaciones en lo muy, muy, muy grande y en lo muy, muy, muy pequeño: la materia oscura, la energía oscura, y el gran bugaboo de gravedad cuántica . Cuando vi muy, muy grande me refiero a las galaxias. Y cuando digo muy, muy pequeñas me refiero a que se acercan al Escala de Planck .

¿Existe algo de esto "realmente"? Todo lo que la física puede decir es si se ajusta a la observación. Sabemos que lo hace muy bien, pero también sabemos que es incompleta. ¿Qué hacer con esta paradoja? La historia reciente de la ciencia moderna no ha consistido en descubrir que las viejas teorías no se ajustan a la observación, sino en descubrir que son aproximaciones, refinarlas y añadir una capa más profunda. La mecánica newtoniana no está equivocada, es una aproximación a las teorías más profundas de la relatividad general y la mecánica cuántica. ¿Hay un fondo? No lo sabemos. Quizás quieras ver a Harry Cliff hablar sobre Más allá del Higgs: ¿Qué es lo siguiente para el LHC? para obtener algunas ideas.