Preon

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25. tammikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Preon
Yhdiste	perushiukkanen
Osallistuu vuorovaikutukseen	Painovoima [1]
Tila	Hypoteettinen
kvanttiluvut

Preonit  ovat hypoteettisia alkuainehiukkasia , jotka voivat muodostaa kvarkeja [2] ja leptoneja . Huolimatta siitä, että tällä hetkellä ei ole kokeellisia viitteitä kvarkkien ja leptonien ei-pisteluonteesta, on useita huomioita (kolmen sukupolven fermionit , kolmen värin kvarkkien läsnäolo, kvarkkien ja leptonien välinen symmetria ) osoittaa, että ne voivat olla yhdistelmähiukkasia.

Nimeä "preon" käyttivät ensimmäisenä Jogeso Poti ( eng.  Jogesh Pati ) ja Abdus Salam ( eng.  Abdus Salam ) vuonna 1974 . Kiinnostuksen huippu preon-malleihin oli 1980- luvun 80- luvulla , minkä jälkeen kiinnostus laantui huomattavasti, koska monet näistä malleista olivat ristiriidassa kiihdytinistä saatujen kokeellisten tietojen kanssa . Lisäksi ensimmäisen supermerkkien vallankumouksen jälkeen monet teoreettiset fyysikot olivat taipuvaisia ​​uskomaan, että merkkijonoteoria oli loogisempi ja lupaavampi. Näin ollen heidän päätoiminsa keskittyivät tähän suuntaan. Viime vuosina optimismi jousiteoriaa kohtaan on alkanut hieman hiipua, mikä on herättänyt kiinnostusta preonimalleja kohtaan, vaikka preonimallien kehitys on toistaiseksi rajoittunut pääosin fenomenologisiin rakenteisiin ottamatta huomioon preonien dynamiikkaa. [3] Joissakin töissä tutkitaan myös aineen rakenteen preon-tason olemassaolon mahdollisia havaittavissa olevia seurauksia. [neljä]

Vakiomalli: yksinkertaistamisen tarve

Siihen mennessä, kun perushiukkasten standardimalli ilmestyi ( 1970-luvulla ) , jonka avainelementit Murray Gell-Mann ja George Zweig määrittelivät vuonna 1964, oli kokeellisesti löydetty satoja hiukkasia, joilla oli erilaiset ominaisuudet. Näiden hiukkasten luokitus perustui melko hankalaan ja keinotekoiseen hierarkkiseen järjestelmään, joka muistuttaa hyvin eri eläinryhmien haaroittunutta biologista luokittelua . Ei ole yllättävää, että suurta alkuainehiukkasten perhettä on joskus kutsuttu "hiukkaseläintarhaksi".

Alkeishiukkasfysiikassa yleisesti hyväksytty vakiomalli mahdollisti tämän kuvan yksinkertaistamisen merkittävästi esittämällä hadronit yhdistelmäjärjestelminä ja jakamalla ne kahteen pääluokkaan: mesonit , jotka koostuvat kahdesta kvarkista, ja baryonit , jotka ovat kolmen kvarkin erilaisia ​​yhdistelmiä. Tämän mallin mukaan valtaosa kiihdyttimistä löytyvistä hiukkasista on vain erilaisia ​​kvarkkiyhdistelmiä.

Standardimallissa oletetaan usean tyyppisiä alkuainehiukkasia . Esimerkiksi kvarkeja on kuusi tyyppiä (makua), joista jokaisella voi olla yksi kolmesta erityisvarauksen arvosta, joita merkitään "väreillä" (yleensä punainen, vihreä ja sininen). Värivarausten käyttöönotto merkitsi alkua standardimallin sellaiselle osalle kuin kvanttikromodynamiikka (QCD). Lisäksi standardimallissa on kuusi muuta perushiukkastyyppiä, joita kutsutaan leptoneiksi. Niistä kolme ( elektroni , muuoni ja tau-hiukkanen ) ovat yksikkösähkövarauksen kantajia, muut kolme (elektroni, myoni ja tau - neutrino ) ovat sähköisesti neutraaleja. Standardimalli sisältää myös fotoneja , heikkoja vuorovaikutusbosoneja (W + , W− , Z) ja gluoneja sekä Higgsin bosonin ja toistaiseksi löytämättömän gravitonin . Lähes kaikki nämä hiukkaset voivat olla oikea- tai vasenkätisessä polarisoituneessa tilassa.

Vakiomalli jättää edelleen useita ongelmia ratkaisematta. Erityisesti ei ole ollut mahdollista rakentaa tyydyttävää painovoiman kvanttimallia , vaikka periaatteessa standardimalli olettaa gravitonin läsnäolon gravitaatiovuorovaikutuksen kantajana. Lisäksi havaitun hiukkasmassaspektrin alkuperä on edelleen epäselvä: vaikka itse massojen alkuperän tosiasia selittyy tyydyttävästi Higgsin mekanismilla , massa-arvoja ei kuitenkaan johdeta siitä, vain joitain kokeellisia säännönmukaisuuksia näiden massojen jakautuminen havaitaan.

Myös maailmankaikkeuden rakenteen selittämisessä globaalissa mittakaavassa on ongelmia. Erityisesti symmetrisissä alkuolosuhteissa standardimalli ennustaa sekä tavallisen että antiaineen läsnäolon lähes yhtä suuressa suhteessa, mikä on selkeästi ristiriidassa havaintojen kanssa. Ongelman ratkaisemiseksi on ehdotettu useita mekanismeja, mutta tähän mennessä mikään näistä ehdotuksista ei ole suosittu.

Teoreettinen tausta preon-mallien kehittämiselle

Preonin ja muiden standardimallia pidemmälle menevien mallien parissa työskentelyn motiivina oli halu vähentää vakiomallin vapaiden parametrien määrää siirtymällä syvemmälle rakenteelliselle tasolle, eli ottamalla käyttöön suunnilleen sama malli, jota käytettiin mallissa. vakiomalli itse luokittelu " eläintarha "hiukkasia ja vähentää perushiukkasten määrää. Seuraavat ongelmat on ratkaistava:

• Perushiukkasten , kuten elektronin ja positronin , määrää jouduttiin vähentämään , joista monet eroavat standardimallissa vain varaukseltaan . Preonimallin puitteissa voidaan esimerkiksi olettaa, että nämä lähes identtiset hiukkaset voidaan koota samoista preoneista, ja varausmerkkien ero voitaisiin selittää vastaavilla rakenteellisilla eroilla.
• Perusfermionien toiseen ja kolmanteen perheeseen kuuluvien hiukkasten katsotaan olevan samoja perusperheitä kuin ensimmäisen ryhmän hiukkasia. Siitä huolimatta ensimmäisillä on suurempi massa kuin jälkimmäisellä ja ne ovat epävakaita, hajoavat ensimmäisestä perheestä peräisin oleviksi hiukkasiksi. Historiallinen kokemus viittaa siihen, että esimerkiksi ydinfysiikassa joidenkin kemiallisten alkuaineiden ytimien epävakaus johtuu niiden rakenteellisista eroista vakaampiin isotooppeihin verrattuna . Piirretään analogia isotooppien kanssa, voimme olettaa, että ainakin epävakailla perusfermioneilla on sisäinen rakenne, joka erottaa ne stabiileista fermioneista [5] .
• Alkuainehiukkasten teorian ja gravitaatioteorian välillä on ylitsepääsemättömiä eroja . Preon-mallit voisivat toimia siirtymäelementtinä näiden kahden teorian välillä. Yksi esimerkki on yritys yhdistää preon Bilson-Thompson -malli ( englanniksi  Sundance O. Bilson-Thompson ) silmukan kvanttigravitaation teoriaan .
• Tulevaisuuden perushiukkasten teoriassa tulisi olla vähemmän kokeellisia syötteitä kuin standardimallissa, ja sen tulisi ottaa huomioon useimpien standardimallin syötteiden alkuperä (esim. hiukkasten massat ja sähkövaraukset).
• Standardimalliin sisältyvien perushiukkasten massojen valikoima on käsittämättömän laaja. Esimerkiksi elektronineutriinon massa on käytännössä nolla ja t-kvarkin massa on noin 190 protonimassaa , mikä on verrattavissa kultaytimen massaan , joka koostuu 79 protonista ja 118 neutronista . Standardimalli edustaa t-kvarkkia eräänlaisena massana, jolla ei ole sisäistä rakennetta, eikä tätä massaa selitetä kvantitatiivisesti. Preon-malleissa t-kvarkin massan numeerinen arvo voidaan kuitenkin selittää analogisesti kultaytimen massan kanssa.
• Toistaiseksi ei ole olemassa teoreettista perustaa epävakaiden perushiukkasten puoliintumisaikojen laskemiselle.
• On tarpeen selittää havaittu perusfermionien perheiden lukumäärä.
• On toivottavaa saada vaihtoehtoinen selitys sähköheikon symmetrian murtumisprosessille ilman Higgsin mekanismia , mikä puolestaan ​​edellyttää supersymmetrian olemassaoloa joidenkin Higgsin kenttään liittyvien teoreettisten vaikeuksien ratkaisemiseksi .
• On toivottavaa saada malli, joka selittää koko perushiukkasten fenomenologian ylittämättä kolmea tilaulottuvuutta ja käyttämättä uusia hypoteettisia esineitä, joiden olemassaoloa ei ole kokeellisesti vahvistettu, kuten Higgsin kenttiä, merkkijonoja tai perushiukkasten supersymmetrisiä kumppaneita .
• Uuteen teoriaan pitäisi luonnollisesti sisältyä neutriinovärähtelyt ja niiden nollasta poikkeavat massat.
• Uuden teorian ennusteiden odotetaan voivan auttaa etsimään hiukkasia - ehdokkaita pimeän massan rooliin . Näille ennustuksille voi myös olla kysyntää, jos LHC :llä ja muilla kiihdyttimillä tehdyt kokeet eivät johda Higgsin bosonin (löydettiin vuonna 2012) ja perushiukkasten superkumppanien löytämiseen. Oletetaan, että uuden teorian tulisi toistaa vain havaittu perushiukkasten spektri ilman, että syntyy hiukkasia, joita ei havaita luonnossa (tämä on ongelmallista esim. supersymmetriaa käyttäville malleille).
• Monia aiempia teorioita yhdestä perusvuorovaikutuksesta ei ole kokeellisesti vahvistettu. Näin ollen protonien hajoamisprosessin kokeellisen havainnoinnin mahdottomuus viittaa siihen, että esimerkiksi merkkijonoteoria ja sen käyttämä supersymmetriaperiaate ovat mitä todennäköisimmin virheellisiä. Siksi alkuainehiukkasten teorian jatkamiseksi tarvitaan vaihtoehtoisia ideoita, joista yksi voi olla ajatus yhdistelmäperushiukkasista.

Jos merkkijonoteoria onnistuisi ratkaisemaan yllä olevat ongelmat, niin preon-mallien kehittäminen olisi tarpeetonta. Tässä tapauksessa standardimallin erilaiset perushiukkaset voitaisiin esittää värähtelevänä merkkijonoina eri taajuuksilla ja moodeilla. Hiukkasdynamiikkaa voitaisiin sitten kuvata käyttämällä kaavioita, jotka ovat samanlaisia ​​kuin Feynmanin , mutta käyttämällä kaksiulotteisia maailmanpintoja maailman viivojen sijasta , ja kolme perusfermioniperhettä selitettäisiin merkkijonoilla, jotka kattavat korkeampien ulottuvuuksien moduulijoukon tietyt konfiguraatiot. Kuitenkin johtuen merkkijonoteorian näkyvän edistyksen puutteesta, yhä useammat fyysikot alkavat epäillä sen hedelmällisyyttä. [6] Tämän seurauksena vaihtoehtoisten teorioiden, mukaan lukien preoneihin perustuvien yhdistelmämallien, kehittämisen kiireellisyys kasvaa.

Historiallinen poikkeama: prequarks

Nimi preon tulee esikvarkeista, hypoteettisista kokonaisuuksista, jotka viittaavat kvarkeja välittömästi edeltävään aineen rakenteelliseen tasoon. Subkvarkeja, maoneja, alfoneja, kinkkejä, risoneja, tweedejä, geloneja, haploneja ja Y-hiukkasia on käytetty vaihtoehtoisina niminä oletetuille alkuainehiukkasille (tai yleensä hiukkasille, jotka vastaavat kvarkkien taustalla olevia rakennetasoja ) . Preon on yleisimmin käytetty nimi. Aluksi tätä termiä käytettiin viittaamaan hiukkasiin, jotka muodostavat kahden perusfermionin perheen rakenteet ( leptonit ja kvarkit, joiden spin 1/2). Nyt preon-malleja käytetään myös kokonaisluku-spin-bosonien tuottamiseen.

Yksi ensimmäisistä yrityksistä esittää perushiukkasia komposiittijärjestelmien muodossa oli edellä mainittu J. Potin ja A. Salamin teos, joka julkaistiin vuonna 1974 Physical Review -lehdessä. Muita yrityksiä olivat Terazawan, Chikashigen ja Akaman vuoden 1977 työ sekä Ne'emanin , Hararin , Shupen samanlaiset , mutta itsenäiset vuodelta 1979 tehdyt paperit sekä Fritzschin ja Mandelbaumin (Frizsch, Mandelbaum), 1992 D'Souzan ja Kalmanin (1992 D'Souza, Kalman) ja Larsonin (Larson) artikkeli, joka julkaistiin vuonna 1997. Nämä teokset eivät ole saaneet laajaa tunnustusta tiedeyhteisöltä.

Kaikissa preonmalleissa ehdotetaan käytettäväksi pienempää määrää perushiukkasia kuin standardimallissa. Lisäksi jokainen preon-malli määrittää joukon erityisiä sääntöjä, joiden mukaan nämä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Näiden sääntöjen perusteella esitetään, kuinka ehdotetut perushiukkaset voisivat muodostaa Standardimallin rakenteen. Monissa tapauksissa kävi ilmi, että preon-mallien ennusteet poikkesivat standardimallista, niihin ilmestyi kokeellisesti havaitsemattomia hiukkasia ja ilmiöitä, mikä johti näiden mallien hylkäämiseen. Tyypillinen tässä suhteessa on Hararin ehdottama rishon-malli.

Monissa preonimalleissa oletetaan, että luonnossa havaittu näennäinen epätasapaino aineen ja antiaineen välillä on itse asiassa illusorista, koska antimateriaali on osa monimutkaisia ​​hiukkasrakenteita ja epätasapaino katoaa preonitasolla.

Higgsin bosonia monissa preonimalleissa joko ei oteta huomioon tai sen olemassaolon mahdollisuus hylätään. Tässä tapauksessa oletetaan, että preonit rikkovat sähköheikon vuorovaikutuksen symmetriaa, eivät skalaari Higgs-kenttä. Esimerkiksi Fredriksonin preonimallissa sähköheikon vuorovaikutuksen symmetria katkeaa, kun preoneja järjestetään uudelleen rakenteesta toiseen. Näin ollen Fredricksonin malli ei tarjoa mahdollisuutta Higgsin bosonin olemassaoloon. Toisaalta tässä mallissa on tietty vakaa preonien konfiguraatio, jota Fredrickson kutsuu X-kvarkiksi ja jota voidaan pitää hyvänä ehdokkaana maailmankaikkeudessa piilomassaa muodostavan hiukkasen rooliin. Tässä artikkelissa Fredrickson kuitenkin myöntää, että hänen mallissaan massaparadoksi on melko vakava ongelma, varsinkin kun on kyse neutriinomassasta.

Kuten jo mainittiin, suurin osa Standardimallin rakenteen alkuperän selittämiseen tähtäävistä töistä liittyy merkkijonoteoriaan. Jo jonkin aikaa uskottiin, että merkkijonoteoria oli syrjäyttänyt preon-suunnan kokonaan ja että yksiulotteisten supersymmetristen merkkijonojen avulla oli mahdollista toistaa kaikki minimisupersymmetrisen standardimallin (MSSM) hiukkaset, mukaan lukien niiden ominaisuudet, kuten väri. , varaus, pariteetti, kiraalisuus ja massat. Mutta toistaiseksi tämä ei ole ollut mahdollista teoreettisten fyysikkojen suurista yhteisistä ponnisteluista huolimatta. Spirersin ja Arxivin arkistohaut osoittavat, että jousiteoriasta on julkaistu yli 30 000 artikkelia vuodesta 1982 lähtien, ja tämä määrä kasvaa noin muutamalla sadalla julkaisulla joka kuukausi. Samanaikaisesti vuosien 2003-2006 preoneista löytyy Arxiv-järjestelmästä vain muutamia kymmeniä töitä. Bilson-Thompsonin (SO) ja Fredrikssonin (Fredriksson, S.) [7] teoksia, jotka ovat ilmestyneet viimeisen viiden vuoden aikana, voidaan mainita .

Silmukan kvanttigravitaation teoria ja Bilson-Thompsonin malli

Sundance Bilson-Thompson ehdotti vuoden 2005 artikkelissaan [8] mallia (ilmeisesti perustuen M. Khovanovin yleisempään punosteoriaan) [9] [10] ), jossa Harari rishonit muutettiin pitkänomaisiksi nauhamaisiksi esineiksi, joita kutsutaan nauhoiksi. Mahdollisesti tämä voisi selittää syyt alkuainehiukkasten osakomponenttien itseorganisoitumiseen, mikä johti värivarauksen ilmaantumiseen, kun taas edellisessä preon-mallissa (Rishon) peruselementit olivat pistehiukkasia ja värivaraus oletettiin. . Bilson-Thompson kutsuu pidennettyjä nauhojaan "geloniksi" ja mallia - geloniksi. Tämä malli johtaa sähkövarauksen tulkintaan topologisena kokonaisuutena, joka syntyy, kun nauhoja kierretään.

Toisessa artikkelissa, jonka Bilson-Thompson julkaisi vuonna 2006 yhdessä F. Markopoloun (Fotini Markopolou) ja L. Smolinin (Lee Smolin) kanssa, ehdotettiin, että jokaiselle kvanttigravitaation teorialle, joka kuuluu silmukoiden luokkaan, jossa avaruus on -aika on kvantisoitu, itse aika-avaruustilat voivat toimia preonien roolissa, mikä johtaa standardimallin syntymiseen kvanttigravitaation teorian nousevana ominaisuutena [11] .

Siten Bilson-Thompson ym. ehdottivat, että silmukan kvanttigravitaation teoria voisi toistaa standardimallin yhdistämällä automaattisesti kaikki neljä perusvuorovaikutusta. Samaan aikaan bradeina (kuituisen aika-avaruuden kudoksina) esitettyjen preonien avulla pystyttiin rakentamaan onnistunut malli ensimmäisestä perusfermionien perheestä (kvarkit ja leptonit) niiden enemmän tai vähemmän oikealla toistolla. maksut ja pariteetit [11] .

Bilson-Thompsonin alkuperäisessä artikkelissa oletettiin, että toisen ja kolmannen perheen perusfermionit voidaan esittää monimutkaisempina harhaluuloina ja että ensimmäisen perheen fermionit olivat yksinkertaisin mahdollisista harhaluuloista, vaikka monimutkaisten harhaluulojen erityiset esitykset eivät olleet annettu. Uskotaan, että sähkö- ja värivaraukset sekä korkeampiin perheisiin kuuluvien hiukkasten pariteetti tulisi saada täsmälleen samalla tavalla kuin ensimmäisen perheen hiukkasille.

Kvanttilaskentamenetelmien käyttö mahdollisti sen osoittamisen, että tällaiset hiukkaset ovat stabiileja eivätkä hajoa kvanttivaihteluiden vaikutuksesta [12] .

Nauharakenteet Bilson-Thompson-mallissa esitetään entiteettinä, jotka koostuvat samasta aineesta kuin aika-avaruus itse [12] . Vaikka Bilson-Thompson-paperit osoittavat, kuinka fermioneja ja bosoneja voidaan tuottaa näistä rakenteista, ne eivät keskustele siitä, kuinka Higgsin bosonia voitaisiin tuottaa brändäyksen avulla.

L. Freidel (L. Freidel), J. Kowalski-Glikman (J. Kowalski-Glikman) ja A. Starodubtsev (A. Starodubtsev) ehdottivat vuoden 2006 artikkelissaan, että alkuainehiukkaset voidaan esittää käyttämällä gravitaatiokentän Wilsonin viivoja , mikä tarkoittaa, että hiukkasten ominaisuudet (niiden massat, energiat ja spinit) voivat vastata Wilsonin silmukoiden ominaisuuksia - silmukan kvanttigravitaation teorian perusobjekteja. Tätä työtä voidaan pitää lisäteoreettisena tukena Bilson-Thompsonin preon-mallille [13] .

Käyttämällä spin-vaahtomallin formalismia, joka liittyy suoraan silmukan kvanttigravitaation teoriaan ja perustuen vain jälkimmäisen alkuperäisiin periaatteisiin, voidaan toistaa myös joitain muita vakiomallin hiukkasia, kuten fotoneja, gluoneja [ 14] ja gravitonit [15] [16]  – riippumatta Bilson-Thompsonin brad-järjestelmästä fermioneille. Vuodesta 2006 lähtien tämä formalismi ei kuitenkaan ole vielä pystynyt rakentamaan gelonmalleja. Gelon-mallissa ei ole aivoja, joita voitaisiin käyttää Higgsin bosonin rakentamiseen, mutta periaatteessa tämä malli ei kiellä tämän bosonin olemassaolon mahdollisuutta jonkinlaisena yhdistelmäjärjestelmän muodossa. Bilson-Thompson huomauttaa, että koska hiukkasilla, joilla on suurempi massa, on yleensä monimutkaisempi sisäinen rakenne (ottaen huomioon myös päiden vääntymisen), tämä rakenne voi liittyä massanmuodostuksen mekanismiin. Esimerkiksi Bilson-Thompson-mallissa fotonin rakenne, jonka massa on nolla, vastaa kiertymättömiä bradija. Tosin on vielä epäselvää, vastaako spin-vaahto-formalismin [14] puitteissa saatu fotonimalli Bilson-Thompson-fotonia, joka hänen mallissaan koostuu kolmesta kiertymättömästä nauhasta [11] (on mahdollista, että kehyksessä spin-vaahtoformalismista voidaan rakentaa useita muunnelmia fotonimallista).

Aluksi käsitettä "preon" käytettiin osoittamaan fermionien rakenteeseen sisältyviä pistealipartikkeleita, joilla on puolispin (leptonit ja kvarkit). Kuten jo mainittiin, pistehiukkasten käyttö johtaa massan paradoksiin. Bilson-Thompson-mallissa nauhat eivät ole "klassisia" pisterakenteita. Bilson-Thompson käyttää termiä "preon" säilyttääkseen terminologian jatkuvuuden, mutta tarkoittaa tällä termillä laajempaa luokkaa esineitä, jotka ovat kvarkkien, leptonien ja mittabosonien rakenteen komponentteja.

Bilson-Thompsonin lähestymistavan ymmärtämisen kannalta on tärkeää, että hänen preon-mallissaan alkeishiukkaset, kuten elektroni, kuvataan aaltofunktioiden avulla. Koherenttien faasien omaavan spin-vaahdon kvanttitilojen summa kuvataan myös aaltofunktiona. Siksi on mahdollista, että spin-vaahtoformalismin avulla on mahdollista saada alkuainehiukkasia (fotoneita ja elektroneja) vastaavat aaltofunktiot. Tällä hetkellä alkuainehiukkasten teorian yhdistäminen silmukan kvanttigravitaation teoriaan on erittäin aktiivinen tutkimusalue [17] .

Lokakuussa 2006 Bilson-Thompson muokkasi artikkeliaan [18] ja huomautti, että vaikka hänen mallinsa sai inspiraationsa preonmalleista, se ei ole tiukasti preoni, joten hänen preon-mallinsa topologisia kaavioita voidaan mitä todennäköisimmin käyttää. ja muissa perusteorioissa, kuten esim. kuten esimerkiksi M-teoria. Preon-malleille asetetut teoreettiset rajoitukset eivät sovellu hänen malliinsa, koska siinä alkeishiukkasten ominaisuudet eivät johdu osahiukkasten ominaisuuksista, vaan näiden osahiukkasten välisistä sidoksista (brads). Paperinsa muokatussa versiossa Bilson-Thompson myöntää, että hänen mallinsa ratkaisemattomia ongelmia ovat hiukkasten massaspektri, spinit, Cabibbo- sekoitus ja tarve yhdistää mallinsa perustavanlaatuisempiin teorioihin. Yksi mahdollisuus on esimerkiksi preonien "upotus" M-teoriassa tai silmukan kvanttigravitaation teoriassa.

Artikkelin myöhemmässä versiossa [19] kuvataan bradien dynamiikkaa käyttämällä Pachnerin liikkeitä.

Teoreettiset vastaväitteet preon-malleille

Massien paradoksi

Heisenbergin epävarmuusperiaatteen mukaisesti , minkä tahansa avaruuden alueella rajoitetuilla yksiköillä, joiden ominaismitat ovat pienempiä kuin Δx, on oltava ominaisimpulsseja, jotka ovat suurempia kuin . Preon-malleissa ehdotetaan käytettäväksi esineitä, jotka ovat kooltaan pienempiä kuin näistä esineistä muodostuneet hiukkaset. Siksi näiden kohteiden momenttien p tulee epävarmuusperiaatteen mukaisesti ylittää komposiittihiukkasten momentit.

Yksi preon-malleista ilmestyi vuonna 1994 sivutuotteena Tevatronissa sijaitsevan Fermi Laboratoryn (Collider Detector at Fermilab, CDF) törmäysilmaisimen toimintaa koskevan sisäisen raportin seurauksena . Sitä ehdotettiin sen jälkeen, kun vuosina 1992-1993 tehdyissä mittaussarjoissa havaittiin selittämätön ylimäärä suihkuja, joiden energiat ylittivät 200 GeV .

Kiihdytinkokeet osoittavat, että kvarkit ja leptonit ovat "pistemäisiä" 10–18 metrin luokkaan asti ( noin 1/1000 protonin halkaisijasta). Riippumatta näin pieneen tilavuuteen suljetun preonin massasta, sen liikemäärän tulee epävarmuusperiaatteen mukaisesti olla vähintään 200 GeV, mikä on 50 000 kertaa suurempi kuin u-kvarkin lepomassa ja 400 000 kertaa suurempi kuin elektronin massa.

Paradoksi siis piilee siinä, että komposiittikvarkkien ja elektronien, joilla on suhteellisen pieni massa, tulisi koostua pienemmistä hiukkasista, joilla on samalla monta suuruusluokkaa suurempi energiamassa niiden valtavan momentin vuoksi.

Bilson-Thompsonin lähestymistapa

Bilson-Thompsonin preonimallissa massaparadoksi kierretään kieltämällä se, että preonit ovat pisteobjekteja, jotka sisältyvät 10–18 m:n tilavuuteen . Sen sijaan väitetään, että preonit ovat pidennettyjä (kaksiulotteisia) nauhoja, joita ei välttämättä ole suljettu pieni tilavuus. Pikemminkin ne olisivat paremmin edustettuina jonkinlaisina poikkeamia aika-avaruuden geometriasta tai topologisista poimuista, jotka esiintyvät tripletteissä ja ovat vuorovaikutuksessa ikään kuin ne olisivat pisterakenteita, jos ne kietoutuvat toisiinsa kolmoistilojen yhteydessä. Lisäksi kaikki niiden muut ominaisuudet, jotka vastaavat alkuainehiukkasten ominaisuuksia (kuten massat ja varaukset), ovat myös ilmaantuvia . Siksi tällaisten aivojen momentti on verrattavissa niistä koostuvien hiukkasten momenttiin.

String theory lähestymistapa

Merkkijonoteoria esittelee yksiulotteisia objekteja, joiden pituus on Planckin pituuden luokkaa, ja oletetaan, että standardimallin hiukkaset koostuvat näistä objekteista. Näyttää siis siltä, ​​että myös jousiteoria kohtaa massaparadoksia. Yksi jousiteoreetikoista, Lubos Motl, on tarjonnut seuraavan selityksen siitä, kuinka tämä paradoksi ratkeaa jousiteoriassa (tämä selitys on sisällytetty tähän hänen suostumuksellaan). Massakoordinaattijärjestelmän keskellä olevan merkkijonon X 0 -koordinaatti ja sen liikemäärä vastaavat pistehiukkasta. Ne, kuten odotettiin, eivät kulje ja noudattavat epävarmuusperiaatetta (tietty arvo vastaa epävarmuutta ja päinvastoin, kun taas heidän tulonsa on yhtä suuri ).

Nollamoodien (vapausasteet massajärjestelmän keskipisteessä) lisäksi jokaisella merkkijonolla on ääretön määrä vapausasteita, kuten atomilla, jossa on suuri määrä elektroneja. Mutta merkkijonoa pitkin voidaan sijoittaa ääretön määrä elementtejä. Merkkijonon osien liike suhteessa toisiinsa johtaa tavallisiin kineettisten ja potentiaalisten energioiden summiin. Koska kielet ovat relativistisia esineitä, niiden energiat vastaavat massoja Einsteinin kaavan mukaisesti .

Tämän seurauksena alimmalla energiatasolla olevalla merkkijonolla on tasapaino sisäisten vapausasteiden (kineettisten ja potentiaalisten energioiden) välillä - suunnilleen sama kuin minimoitaessa energiaa harmonisessa oskillaattorissa , jollei oskillaattorien välistä epävarmuusperiaatetta noudattaa. sisäiset vapausasteet X ja P. Minimi vastaa merkkijonon ominaiskokoa, joka määräytyy sen joustavuudesta, jonka uskotaan olevan lähellä Planckin pituutta ( m) tai jonkin verran sitä suurempi.

Todellisuudessa merkkijonon energian lausekkeen numeeriset kertoimet eroavat logaritmisesti, mutta tämä ei vaikuta äärellisillä energioilla toimivien kokeiden tuloksiin. Siten merkkijonoteoriassa ongelma ratkaistaan ​​samalla tavalla kuin tavallisten hiukkasten kohdalla, kun otetaan huomioon, että vain nollamoodit ovat välttämättömiä. Sisäiset vapausasteet ovat tärkeitä vain mittaustarkkuutta arvioitaessa, kun tutkitaan hiukkasten sisäistä rakennetta. Siksi niiden mitatut "säteet" ovat aina merkkijonon pituuden suuruusluokkaa.

Kiraalisuus ja lisääntymisolosuhteet 't Hooft -poikkeavuuksille

Minkä tahansa preon-mallin on selitettävä hiukkasten kiraalisuus ja täytettävä myös 't Hooft -poikkeamien toistamisen ehdot . Ihannetapauksessa minkä tahansa uuden teorian rakenteen tulisi olla paljon vaatimattomampi kuin vakiomallin.

Kokeellisen todentamisen mahdollisuudet

Monet preon-mallit sisältävät uusien (ei-havainnoitavien) voimien ja vuorovaikutusten käytön, mikä joskus tekee näistä malleista monimutkaisempia kuin standardimalli tai johtaa ennusteisiin, jotka ovat ristiriidassa havaintojen kanssa.

Jos LHC esimerkiksi onnistuu havaitsemaan Higgsin bosonin (löydettiin vuonna 2012), tämän pitäisi sulkea pois monet preonimallit, jotka joko eivät löydä Higgsin bosonia vastaavaa preonien yhdistelmää tai ennustavat, että tätä bosonia ei ole olemassa.

Preon-mallit ja merkkijonoteoria

Merkkijonoteoriassa oletetaan, että kaikki Standardimallin perushiukkaset ja niiden superkumppanit ovat ultramikroskooppisten kielten värähtelyjä (virittymiä), joiden jatke on Planckin pituuden luokkaa ja joilla on elastisuutta ja jotka värähtelevät Calabi-Yau-avaruudessa 6 tai 7 tiivistetyt tilamitat. Toistaiseksi tulosten perusteella merkkijonoteoria ei ole menestyneempi kuin preon-mallit. John Baezin ja L. Mottlen [20] välisessä keskustelussa ehdotettiin, että jos jokin preon-malleista onnistuisi, olisi mahdollista muotoilla merkkijonoteoria, joka omaksuisi tämän preon-mallin. Näin ollen nämä kaksi teoriaa eivät periaatteessa ole ristiriidassa keskenään.

On teoksia, joissa preon-malleja rakennetaan supermerkkijonojen [21] [22] tai supersymmetrian [23] perusteella .

Preonit populaarikulttuurissa

Vuoden 1948 romaaninsa Skylark of Space, Skylark-Three 1948 uusintapainoksessa Edward Elmer Smith oletti hiukkasia, joita hän kutsui "ensimmäisen ja toisen lajin osaelektroneiksi" . Jälkimmäisillä on ominaisuuksia, jotka johtavat painovoiman syntymiseen. Muutokset tieteiskirjallisissa romaaneissa niiden uusintapainosten aikana seurasivat usein tieteellisen ajattelun kehitystä, ja tämä painos on ehkä yksi ensimmäisistä, joissa mainitaan mahdollisuus, että elektroni on yhdistelmähiukkanen (lukuun ottamatta V. I. Leninin vuonna 1908 antamaa kuuluisaa lausuntoa, jonka mukaan " elektroni on aivan yhtä ehtymätön kuin atomi” [24]  – vaikka tämä lause ei kuulu Leninille, vaan hänen lainaamalleen ranskalaiselle fyysikolle, jonka Lenin suoraan huomauttaa tekstissä).

Katso myös

• preon tähti
• Preonin rappeuttava aineen tila
• Rishon Harari

Muistiinpanot

1. ↑ Hämmästyttävä maailma atomiytimen sisällä. Kysymyksiä luennon jälkeen Arkistoitu 15. heinäkuuta 2015 the Wayback Machine , FIAN, 11. syyskuuta 2007
2. ↑ QUARKS • Suuri venäläinen tietosanakirja . Haettu 4. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 23. huhtikuuta 2016. (määrätön)
3. ↑ Tyypillinen esimerkki on preon-malli, joka on kuvattu julkaisussa J.-J. Dugne, S. Fredriksson ja J. Hansson. Preon Trinity - Leptonien, kvarkkien ja raskaiden vektoribosonien kaavamainen malli  // Europhysics Letters . - 2002. - T. 60 , nro 2 . - S. 188-194 .
4. ↑ Katso esimerkiksi J. Hansson ja F. Sandin. Preon-tähdet: uusi luokka kosmisia kompakteja esineitä  // Physics Letters B . - T. 616 , nro 1-2 . - S. 1-7 .  (pääsemätön linkki) Preon-tähtien olemassaolon mahdollisuutta tutkitaan .
5. ↑ C. S. Kalman. Miksi kvarkit eivät voi olla perushiukkasia  // Nuclear Physics B - Proceedings Supplements . - 2005. - T. 142 . - S. 235-237 .
6. ↑ Asiaankuuluvia kriittisiä arvosteluja ovat P. Voitin, L. Smolinin ja D. Friedanin kirjat: Peter Woit . Ei edes väärin: Kieleteorian epäonnistuminen ja fyysisen lain yhtenäisyyden etsintä . - Peruskirjat , 2006. - 291 s. — ISBN 0465092756 . ; Peter Woit . Ei edes väärin: Kieleteorian epäonnistuminen ja jatkuva haaste yhdistää fysiikan lakeja . - Jonathan Cape , 2006. - 256 s. — ISBN 0224076051 . ; Lee Smolin . Fysiikan ongelmat: kieliteorian nousu, tieteen kaatuminen ja mitä seuraavaksi . - Mariner Books , 2007. - 392 s. — ISBN 061891868X . ; Daniel Friedan . String Theory on täydellinen tieteellinen epäonnistuminen .
7. ↑ Standardimallin Preon-profetiat Arkistoitu 10. heinäkuuta 2019 Wayback Machinessa es.arXiv.org
8. ↑ Yhdistelmäpreonien topologinen malli Arkistoitu 9. marraskuuta 2018 Wayback Machinessa es.arXiv.org
9. ↑ Funktoriarvoinen invariantti tangleista Arkistoitu 17. syyskuuta 2019 Wayback Machine -sivustolle es.arXiv.org
10. ↑ Tangle cobordismien invariantti Arkistoitu 10. heinäkuuta 2019 Wayback Machine -sivustoon es.arXiv.org
11. ↑ 1 2 3 Kvanttigravitaatio ja vakiomalli Arkistoitu 12. heinäkuuta 2015 Wayback Machine -sivustolle arXiv.org
12. ↑ 1 2 Olet tehty aika-avaruudesta. Arkistoitu 13. toukokuuta 2008 Wayback Machine New Scientistissa
13. ↑ Hiukkaset painovoimakentän Wilsonin viivoina Arkistoitu 15. syyskuuta 2016 Wayback Machine -sivustolle arXiv.org
14. ↑ 1 2 Kaksoisgluonien ja monopolien analyyttinen johtaminen SU(2)-hilan Yang-Millsin teoriasta. II. Spin foam -esitys Arkistoitu 25. syyskuuta 2017 Wayback Machinessa arXiv.org
15. ↑ Gravitonin levittäjä silmukan kvanttigravitaatiossa Arkistoitu 25. syyskuuta 2017 Wayback Machinessa arXiv.org
16. ↑ Kohti spinfoamien gravitonia: korkeamman asteen korjaukset 3d-lelumallissa Arkistoitu 25. syyskuuta 2017 Wayback Machine -sivustolle arXiv.org
17. ↑ Fermionit kolmiulotteisessa spinfoam-kvanttigravitaatiossa Arkistoitu 20. tammikuuta 2022 Wayback Machinessa arXiv.org
18. ↑ Yhdistelmäpreonien topologinen malli Arkistoitu 12. heinäkuuta 2015 Wayback Machinessa arXiv.org
19. ↑ Arkistoitu kopio . Haettu 8. kesäkuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 4. heinäkuuta 2010. (määrätön)
20. ↑ Re : Preon-mallit  . Haettu 8. kesäkuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 18. heinäkuuta 2007.
21. ↑ Kvarkkileptonien ja kaksinaisuuden yhdistelmämalli Arkistoitu 8. maaliskuuta 2021 Wayback  Machine -sivustolle arXiv.org
22. ↑ Symmetria ja holonomia M  ​​Theoryssa arXiv.org
23. ↑ Maksimaalisesti minimaaliset preonit neljässä ulottuvuudessa arkistoitu 6. toukokuuta 2021 Wayback  Machinessa arXiv.org
24. ↑ Lenin, V.I. Täydelliset teokset. - 5. painos - M . : Politizdat, 1980. - T. 29. - S. 100. - 782 s.

Linkit

• Beyond the Standard Model Arkistoitu 14. joulukuuta 2019 Wayback Machinessa
• Galaktion Andreev. Preonit tulevat ulos varjoista . Computerra (14. tammikuuta 2008). Haettu 2. helmikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 2. helmikuuta 2014. (määrätön)
• J. Pati, A. Salam Lepton numero neljäntenä "värinä" , Phys. Rev. D10, 275-289 (1974) [1]
• IA D'Souza, CS Kalman "Preons" (Worls Scientific, Singapore, 1992) [2]
• R. Raitio "Leptonin ja kvarkkirakenteen malli", Physica Scripta, 22, 197-198 (1980) [3]
• S. Bilson-Thompson Komposiittipreonien topologinen malli , eprint (2005) [4] Arkistoitu 12. heinäkuuta 2015 Wayback Machinessa
• S. Bilson-Thompson, F. Markopoulou ja L. Smolin Quantum Gravity and the Standard Model , Class. määrä. Grav., 24, 3975-3993 (2007) [5] Arkistoitu 12. heinäkuuta 2015 Wayback Machinessa
• V. Yershov Tripolaaristen varausten tasapainokonfiguraatiot , Few-Body Systems, 37 (2005) 79-106, [6] Arkistoitu 4. maaliskuuta 2016 Wayback Machinessa
• V. Yershov Fermionit topologisina objekteina , Progr. Phys., 1 (2006) 19-26, [7] Arkistoitu 4. maaliskuuta 2016 Wayback Machinessa
• V. Yershov Kolminapaisiin kenttiin perustuvan syklisen rakenteen kvanttiominaisuudet , Physica D, 226 (2007) 136-143 [8] Arkistoitu 4. maaliskuuta 2016 Wayback Machinessa
• J.-J. Dugne, S. Fredriksson, J. Hansson, E. Predazzi "Preon Trinity - a new model of leptons and quarks" [9] Arkistoitu 23. maaliskuuta 2017 Wayback Machinessa
• S. Fredriksson "Preon-profecies by the standard model" [10] Arkistoitu 25. heinäkuuta 2020 Wayback Machinessa
• J.-J. Dugne, S. Fredriksson ja J. Hansson Preon Trinity - Leptonien, kvarkkien ja raskaiden vektoribosonien kaavamainen malli , Europhys. Lett., 60, 188 (2002) [11]
• J.-J. Dugne, S. Fredriksson, J. Hansson, E. Predazzi "Higgs Pain? Ota Preon!" [12] Arkistoitu 30. heinäkuuta 2019 Wayback Machinessa
• J. Hansson, F. Sandin "Preon-tähdet: uusi luokka kosmisia kompakteja esineitä" [13] Arkistoitu 4. syyskuuta 2021 Wayback Machinessa
• Valittujen preon-mallien analyysi [14] Arkistoitu 28. syyskuuta 2007 Wayback Machinessa

Hypoteettiset hiukkaset fysiikassa
perushiukkasia _	Superkumppanit Gagino Gluino Viini Bino Zino Fotono Gravitino Sfermions squark Slepton muu Higgsino Neutralino Chargino Aksino Saxion LSP NLSP muu G A0 _ dilatonia J X Y W' Z' Steriili neutrino Hajuvesi Kameleontti Leptokvarkki Preon Tekniset kvarkit parton Geon ( Kugelblitz ) Magneettinen monopoli ( Dion ) Planck-hiukkanen Maximon ( tai plankeon) minimon Friedmon Parafotoni gravifotoni hyperfotoni X17
Komposiittihiukkaset _	eksoottisia hadroneja Eksoottiset baryonit ( Dibarion ) Eksoottiset mesonit ( Gluonium Zc(3900) ) muu Meson-molekyyli Reggeon ( Pomeron ) Odderon )