¿Existen las partículas creadas en un colisionador fuera del colisionador?

Question

La siguiente es la transcripción de una sección de Demistificando el Bosón de Higgs con Leonard Susskind. Alrededor de 1:02:23 Susskind menciona que

el fermión más pesado es llamado el quark top. El quark top es miles de veces más pesado que el electrón, muchas veces más pesado, y el higgs preferentemente decaerá en quarks top. (el higgs no puede decaer en quarks porque son muy pesados. ¡así que tomas dos quarks y los alineas para producir higgs! ... Vas al laboratorio, tomas dos quarks top, los colisionas y haces un higgs. El problema es que no es tan fácil encontrar quarks top en la naturaleza... ¿por qué no? ellos decaen muy rápidamente a los otros quarks. No están por ahí esperando. No puedes ponerlos en el acelerador y acelerarlos... desaparecen en una fracción minúscula de segundo. No hay quarks top por ahí esperando. Ni siquiera enterrados en protones y demás. Debes crear quarks top de alguna forma en la colisión...

Mi pregunta es, ¿las partículas que se revelan en un colisionador existen fuera del colisionador, es decir, fuera de los fuertes campos eléctricos y magnéticos que las crean?

Lo que estoy tratando de entender es si el Higgs o los quarks son partículas "fundamentales" y "elementales", ¿hay experimentos que muestren que existen fuera del campo magnético y eléctrico que los crean?

Answer 1

Esta respuesta no se refiere a la pregunta principal, sino al comentario del OP sobre una respuesta:

Disculpe la ignorancia, pero, en tal caso, ¿se observan protones y neutrones fuera de campos eléctricos y magnéticos?

¿Cómo se puede estar "fuera" de campos eléctricos y magnéticos? Clásicamente, una sola partícula cargada tiene un campo eléctrico que se extiende por todo el espacio.

Además, en cuanto a la teoría cuántica de campos, los campos cuánticos son fundamentales - no hay manera de estar "fuera".

Creo que debería examinar detenidamente las suposiciones que tiene, incluso al hacer esta pregunta, y seguir leyendo y reflexionando.

Answer 2

No hay una manera directa de medir la partícula de Higgs directamente. La forma que se utiliza es básicamente medir las partículas a las cuales decae. Echa un vistazo al siguiente gráfico de Razón de Ramificación para la partícula de Higgs:

Así que revisa por ejemplo la desintegración de $\gamma \gamma$. Lo que haces es buscar algo que puedas medir en esa curva, por ejemplo esos fotones $\gamma \gamma$, y mides la energía y el momento de esos fotones, y tienen que satisfacer las curvas de razón de ramificación que ves.

Sí, esas partículas (o campos básicamente) existen fuera del colisionador, pero no tenemos manera alguna de medirlas, y de hecho a veces ni siquiera podemos medirlas dentro del colisionador, y utilizamos algunos trucos muy sofisticados para hacer posible esta medición.

Otra cosa que me gustaría mencionar es la idea de algo que "existe"... en realidad, si hablamos en términos de mecánica cuántica y teoría de campos cuánticos, todo existe todo el tiempo, porque tienes estados cuánticos que son superposición de todas las posibilidades, pero cuando los mides, una de las posibilidades aparece. Así que algunas partículas existen con una probabilidad muy baja, y por eso es muy difícil encontrarlas al hacer una medición, y algunas partículas están casi siempre presentes. (Sí, es una locura, pero es verdad).

Espero que esto ayude.

Answer 3

Depende de qué partícula estés hablando.

Los quarks arriba y abajo están en todas partes, ya que constituyen protones y neutrones.

El problema con el Higgs y el quark top es que tienen una masa grande, por lo que necesitas altas energías para crearlos y generalmente no los encontrarás, excepto en los rayos cósmicos u otras fuentes de alta energía.

Answer 4

El bosón de Higgs y todas las variedades de quarks son de hecho físicos y "existen" físicamente. Es posible, en principio, detectarlos directamente, tanto dentro del entorno de colisión, en el detector, o fuera de él.

El problema, sin embargo, es que su existencia es temporalmente muy breve. Los bosones de Higgs sí aparecen en el LHC, pero desafortunadamente su vida es muy breve. Por lo tanto, se desintegran antes de tener la oportunidad de salir o incluso de llegar al detector. Esto significa que lo único que podemos hacer es medir sus productos de desintegración. Sin embargo, esto no significa que no hayan existido en primer lugar.

Answer 5

Esta respuesta también es un comentario del OP a la respuesta de @EmilioPisanty. El OP insiste

Si es así, mi pregunta sigue siendo válida: ¿Cómo sabemos que estas partículas no son artefactos de la electricidad y el magnetismo?

En la actualidad, la física ha modelado con bastante éxito toda la naturaleza, es decir, ordenando y prediciendo casi todos los datos en la física de partículas, llamado el Modelo Estándar.

En este modelo, las simetrías SU(3)xSU(2)xU(1) de la Lagrangiana realmente crean como artefactos de la simetría todas las partículas elementales en la tabla y todas las compuestas dinámicamente producidas a partir de estas.

No hay escapatoria de la electromagnetismo. El hecho de que estés leyendo esto depende de innumerables interacciones electromagnéticas de fotones con tu ojo y cerebro (fotones virtuales en la mensajería química). En la vida cotidiana, todos los datos que llegan a nuestro cerebro son electromagnéticos y todo lo que podemos construir y usar para detectar cualquier cosa depende de la electromagnetismo.

Más vale que te pongas al día.

U(1) es la simetría del electromagnetismo en estos grupos y sí, todo es un artefacto de la combinación de fuerzas, débil, fuerte y electromagnética. Esta ha sido la forma más económica de describir los datos experimentales y encapsularlos en un modelo matemático.