Могут ли существовать суперпозиции барионов с разным электрическим зарядом и странностью?

Я пытаюсь выяснить, могут ли существовать следующие барионы:

| Икс ⟩ знак равно | ты ты ты ⟩ + | г г г ⟩ + | с с с ⟩ 3
| Д ⟩ знак равно | ты ты ты ⟩ + | г г г ⟩ − 2 | с с с ⟩ 6

Я не нашел ни в одном барионном списке такой кварковой конфигурации, но не знаю и причин, по которым ее не должно было бы существовать.

Вопрос мотивирован тем, η -Мезоны, которые имеют кварковое представление следующим образом:

| η ′ ⟩ знак равно | ты ты ¯ ⟩ + | г г ¯ ⟩ + | с с ¯ ⟩ 3
| η ⟩ знак равно | ты ты ¯ ⟩ + | г г ¯ ⟩ − 2 | с с ¯ ⟩ 6

Однако, конечно, каждый из их членов в суперпозиции имеет одинаковый электрический заряд и содержание странности.

Редактировать: Фробениус указал, что мой | Икс ⟩ а также | Д ⟩ являются суперпозицией состояний с разным электрическим зарядом и странностью. Это очень хороший момент. Однако мне не совсем понятно, почему такая суперпозиция не должна существовать, учитывая, что существует множество примеров состояний, которые существуют в суперпозициях различных свойств/квантовых чисел.

Например, в физике атома электроны могут существовать в суперпозиции различных квантовых чисел углового момента; в физике элементарных частиц состояния могут существовать в суперпозиции различных масс (например, | η ⟩ ), в квантовой оптике фотоны могут находиться в суперпозиции разных энергий (частот). Что делает электрический заряд и странность особенными?

Edit2: Космас Захос указал, что существуют частицы без четко определенной странности, а именно Каоны (точнее К 0 С а также К 0 л ). Почему не должны существовать барионы без четко определенного заряда?

Edit3: Космас Захос объясняет, что сохранение электрического заряда является общим, в отличие от сохранения странности. Это заставляет меня задаться вопросом, существует ли такое государство:

| Z ⟩ знак равно | г г г ⟩ + | с с с ⟩ + | б б б ⟩ 3
(куда г вниз, с странно и б бити-кварк), который имеет электрический заряд C = -1e.

Nice Dean: Что касается вашего последнего « Edit3 » , могу ли я предположить, что рассматриваемое состояние довольно
∣ г г г ⟩ + ∣ с с с ⟩ + ∣ б б б ⟩ 3 ,
поскольку кварки вниз, странные и красивые имеют одинаковый заряд (в то время как заряд очарованных кварков разный).
Кроме того, ваш выбор символа ∣ Z ⟩ для обозначения этого состояния может быть не оптимальным (я бы предложил ∣ М ⟩ вместо).
@user12262 user12262 большое спасибо, что указали на мою оплошность в отношении кварков в конечном состоянии. Я исправил это.
1. Пожалуйста, не позволяйте сообщениям выглядеть как истории изменений . 2. Что еще более важно, не меняйте вопрос постоянно . Ответчики обратились к вашим конкретным опасениям по поводу некоторых конкретных штатов. Вы редактируете, чтобы спросить о другом состоянии, это другой вопрос , и его следует задавать как таковой. Вы можете вернуться к этому вопросу для контекста, но после того, как ответы даны, вы не должны редактировать вопрос таким образом, чтобы сделать их недействительными.

Ответы (3)

Это хороший вопрос, и ответ на него на удивление простой и физический. Действительно, нет никаких принципиальных возражений против суперпозиции частиц с разным зарядом. Но оказывается это не стабильно. В основном это происходит из-за коллапса волновой функции или, более сложно, из-за декогеренции.

Представьте себе, что одна частица находится в суперпозиции протона и нейтрона. | ψ ⟩ знак равно | п + ⟩ + | н 0 ⟩ . Теперь представьте световую волну (фотон) | γ ⟩ проходящий мимо. Таким образом, начальное состояние объединенной системы равно ( | п + ⟩ + | н 0 ⟩ ) ⊗ | γ ⟩ . Это электромагнитное поле не заметит нейтрон, но будет взаимодействовать с протоном и, например, немного рассеется. Итак, через некоторое время мы получаем новое состояние | п + ⟩ ⊗ | разбросанный  γ ⟩ + | н 0 ⟩ ⊗ | γ ⟩ . Но предположим, что мы не знали начального состояния фотона, тогда наше эффективное описание системы дается путем обхода фотона, но это фактически сводит нашу систему к коллапсу. | п + ⟩ или же | н 0 ⟩ . В более физических терминах мы можем сказать, что рассеянное электромагнитное поле измерило заряд частицы и, следовательно, коллапсировало ее в собственное зарядовое состояние (так что вы можете переформулировать предыдущее обсуждение исключительно в терминах измерений и коллапса волновой функции, если хотите). Вы можете себе представить, что на практике любая частица всегда будет подвергаться воздействию некоторого фонового электромагнитного поля, и, следовательно, мы должны ожидать, что все частицы будут находиться в собственных состояниях с зарядом.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Ну, на самом деле, есть также правила суперотбора, например, для заряда, которые сводятся к утверждению, что вы на самом деле не можете экспериментально различить | п + ⟩ + | н 0 ⟩ из смешанного состояния | п + ⟩ а также | н 0 ⟩ . В зависимости от вашей точки зрения на квантовую теорию это показывает, что вам не следует говорить о суперпозициях разного заряда. Но мне нравится приведенное выше рассуждение, потому что оно показывает, что даже если вы готовы принимать суперпозиции | п + ⟩ + | н 0 ⟩ , то мы ожидаем, что он быстро декогерентизируется в собственные состояния заряда.

Спасибо, этот ответ с использованием декогеренции очень хорош. Однако у меня есть вопрос по этому поводу: электроны могут находиться в суперпозициях в разных местах (например, эксперименты с двумя щелями с одиночными электронами). Разве ваш аргумент не запрещает суперпозиции (таким образом, эксперименты с двумя щелями) с заряженными частицами? Может быть, я просто что-то упускаю. Спасибо!
Хорошая точка зрения! Разница заключается в следующем: если у вас есть суперпозиция двух частиц с разным зарядом, то слабейшее из фоновых ЭМ полей (например, «квантовая пена») может разрушить суперпозицию (согласно приведенному выше аргументу). Однако если у вас есть суперпозиция двух частиц с одинаковым зарядом, но разделенных расстоянием л , то для их коллапса с помощью ЭМ полей нужен фотон локализованный до порядка л (иначе фотон не может «почувствовать» разницу), либо по принципу неопределенности иметь импульс порядка 1 / л , и, следовательно, необходимые масштабы энергии ЭМ как 1 / л .
(Другими словами, вы можете допустить суперпозицию электрона между различными позициями, если вы можете защитить область от фотонов с большей энергией, чем 1 / л . Это действительно можно сделать. В другом случае, например, при суперпозиции протона и нейтрона, даже самый слабый фотон приведет к коллапсу состояния, поэтому даже флуктуации вакуума должны сработать.)
Интересная попытка решить это, но разве ваш аргумент не говорит об обратном? Чем дальше друг от друга электроны, тем длиннее должна быть длина волны фотона от вакуумных флуктуаций, верно? Но большая длина волны означает меньше энергии. Таким образом, для разрушения суперпозиции двух электронов, находящихся далеко друг от друга, потребуются фотоны с более низкой энергией, чем для разрушения суперпозиции частиц, заключенных в барионе. Может быть, я снова что-то упускаю. Спасибо, это все очень интересно.
Верно, что аргумент подразумевает, что чем дальше друг от друга электроны, тем легче декогерентно суперпозиция. Тем не менее, для любого фиксированного расстояния существует минимальная энергия, необходимая фотону для его коллапса. Иначе обстоит дело с суперпозицией двух частиц разного заряда: расстояние в нее вообще не входит, а суперпозиция протона и нейтрона декогерентизируется, как бы ни была мала энергия фотона, даже если фотон и нейтрон находятся на расстоянии друг от друга. то самое место!
Помните, что я написал выше в своем основном посте: ( | п + ⟩ + | н 0 ⟩ ) ⊗ | γ ⟩ → | п + ⟩ ⊗ | разбросанный  γ ⟩ + | н 0 ⟩ ⊗ | γ ⟩ . Видите ли, это уравнение не зависит от расстояния между протоном и нейтроном! Это отличается для суперпозиции двух электронов, например, если мы начнем с ( | е − , Икс знак равно 0 ⟩ + | е − , Икс знак равно л ⟩ ) ⊗ | γ , к знак равно 0 ⟩ где фотон имеет приблизительно нулевой импульс, то декогеренции не будет, потому что он не может различить Икс знак равно 0 из Икс знак равно л .
Как видите, я добавил награду к этому вопросу. Я как-то сомневаюсь, что ваша аргументация завершена на данный момент (из-за контринтуитивного вывода, см. мой комментарий выше); и, в частности, потому, что декогеренция (фактически дефазирующая, поскольку фундаментальная декогерентность не задействована) обычно ведет себя по-разному. Я хотел бы видеть такой аргумент в опубликованном/заслуживающем доверия источнике. Вы знаете какой-нибудь?
И ваш ответ не объясняет, почему Каоны существуют, а |X> и |Y> нет.
Я думаю, что пункт о Каонах интересен. Однако я не вижу аналогии странности с электрическим зарядом: электрический заряд количественно определяет связь с электромагнитным полем, что было ключевым для моего аргумента. Странность не играет подобной роли. Тем не менее остается вопрос: могут ли быть частицы, не имеющие четко определенного «слабого» или «сильного» заряда? Мой аргумент все еще проходит, чтобы показать, что они нестабильны, но есть одна тонкость: если у вас есть суперпозиция частиц с разным электрическим зарядом (или массой), то они немедленно коллапсируют [продолжение ...]
Это потому, что вы можете иметь сколь угодно слабое электромагнитное (или гравитационное) поле. Для слабого и сильного взаимодействия она различна, так как носители имеют конечную массу. Следовательно, я думаю, что если бы вы создали состояние, находящееся в суперпозиции частиц с разным слабым зарядом, то оно могло бы быть стабильным до тех пор, пока вы удерживали все фоновое излучение выше определенного энергетического порога. (Это похоже на мой ответ на ваш вопрос о том, как вы можете иметь стабильную суперпозицию электрона в двух разных положениях: для его коллапса требуется минимальная энергия.)
Как бы то ни было, основная цель моего аргумента заключалась в том, чтобы показать, почему не может быть суперпозиции различных электрических зарядов или масс. Мои последние два комментария были о сходствах и различиях при попытке распространить это на слабые и сильные заряды, но я менее уверен в этих случаях. Однако, кажется, вы все еще не согласны со мной относительно суперпозиции электрического заряда (или массы)? Я не вижу проблемы, я чувствую, что ответил на ваше возражение относительно суперпозиции электрона в разных положениях. Если остается путаница, можете ли вы более подробно объяснить, в чем она заключается?
Спасибо еще раз. Я все еще думаю, что есть проблема, а именно то, что суперпозиции, которые находятся дальше, нуждаются в большей длине волны - это не имеет для меня смысла. А вся эта идея про вашу "декогеренцию" от вакуумных флуктуаций - такого я еще не слышал; к сожалению, я не эксперт, поэтому: за щедрость я поэтому явно попросил источник. Вы знаете один?
Просто для ясности: для суперпозиций разного заряда расстояние не имеет значения. А ведь для суперпозиций одного и того же заряда но в разных положениях, то на заданное расстояние нужна хоть какая-то энергия ∼ 1 / л развалить государство. Это потому, что фотоны с меньшей энергией (то есть с большей длиной волны) не могут отличить две частицы друг от друга и, следовательно, не могут вызвать коллапс. Но да, у меня нет ресурсов для этих утверждений, я просто записал то, что имело для меня смысл. Было бы интересно посмотреть, какие ссылки объясняют эти вещи, поэтому я надеюсь, что из этого получится что-то хорошее.
Почему этот аргумент не применим к квазичастицам с зарядом ±1/3?
Вы имеете в виду, что сами квазичастицы на микроскопическом уровне являются суперпозициями разных зарядов? Я не очень знаком с ДКЭХ, но, по крайней мере, в модели SSH, с дробными e/2 квазичастицами, я бы сказал, что такая квазичастица не является суперпозицией различных электрических зарядов (что можно проследить до к тому, что мы не можем создать квазичастицу изолированно). Но я думаю, что я неправильно понимаю вашу точку зрения?
Квазичастица — это суперпозиция различных квантовых состояний, каждое из которых имеет некоторое распределение целочисленных зарядов. Итак, как он может действовать так, как будто он ± 1 / 3 заряд, если блуждающие электромагнитные поля собираются сделать различные пространственные распределения целочисленных зарядов декогерентными?
Боюсь, здесь есть языковая ловушка: в этом вопросе «суперпозиция» является синонимом «линейной комбинации wfs». Квазичастичные «суперпозиции», которые вы приводите, являются коллективными многочастичными состояниями, определенно не линейными комбинациями — если вы представите их в пространстве Фока, они напрягут бесконечное количество элементарных возбуждений. Боюсь, больше никто на этой странице не касался коллективных многочастичных возбуждений.
@RubenVerresen Я задал новый вопрос о том, что мы здесь обсуждали, если вам интересно: physics.stackexchange.com/questions/262049/…

Хорошо, так как мое имя было использовано напрасно, я полагаю, что обязан уточнить свой комментарий. Мое предложение состояло в том, чтобы противопоставить колебания заряда странным колебаниям в К 0 − К ¯ 0 системы, а не использовать последнее в качестве аргумента в пользу первого. Окончательно мутировавший вопрос, к которому я обращаюсь, звучит так: « Почему нет колебаний заряда и суперпозиций разнозарядных состояний »? Для простоты возьмем е + а также е − .

Позвольте мне сначала рассмотреть, почему возникают странные осцилляции. Дело в том, что странность (и CP ) не является полностью сохраняющимся квантовым числом, т.е. «повороты странности» являются симметрией в сильных взаимодействиях, а не в слабых взаимодействиях. Таким образом, гамильтониан 2x2 К 0 − К 0 ¯ система не является диагональной: знаменитая двойная слабая блочная диаграмма соединяет К 0 к К 0 ¯ , и обеспечивает небольшие недиагональные члены в этом изначально вырожденном диагональном гамильтониане. Диагонализация дает вам длинные и короткие собственные состояния распространения и т. д. и колебания странности на 2. То есть, К 0 а также К 0 ¯ мешать, потому что их связывает гамильтониан, и они могут переходить друг в друга. Все потому , что S (и СР ) не является полностью сохраняющимся зарядом. Феномен осцилляции аромата нейтрино в основном повторяет этот паттерн по очевидной аналогии.

По резкому контрасту, который был сутью моего первоначального комментария, электрический заряд полностью сохраняется: он порождает точную симметрию природы и каждый гамильтониан. Итак, теперь возьмите е + а также е − . Гамильтониан рассматривает их одинаково, и, что более важно, поскольку заряд абсолютно сохраняется, нет недиагональных членов : абсолютное сохранение заряда никогда не допускает е + пойти в е − , наоборот. Вы можете написать линейную комбинацию этих двух, но поскольку они никогда не будут мешать, вы никогда не увидите никаких эффектов квантовой механики. На самом деле это смесь, а не состояние. Вы можете написать их как состояние, оскорбляя, но они находятся в двух разных секторах суперотбора , которые охватывает любая приличная книга QM, прямая сумма ⊕ . (Если бы у вас были две частицы вместе, е + и е − , что составило бы его тензорное произведение, 2-частичную в.ф., | е + ⟩ ⊗ | е − ⟩ , а не суперпозиция | ( е + + е − ) ⟩ .) Нечего было расшифровывать, потому что эти два парня никогда не перепутают свою идентичность друг с другом, не перерастут друг в друга или иным образом не узнают друг о друге. «Корабли, которые проходят в ночи». Их суперпозиция, как я уже сказал, есть формальная химера (строго мифологический гибрид). Когда люди пишут волновые функции, они обычно интересуются их интерференцией.

Конечно, как отмечалось ранее, любые и все электрические поля, которые соединяются с их противоположными зарядами, заставляют их двигаться в противоположных направлениях. Любое взаимодействие с фотоном радикально изменит сущность этого химерического состояния. Так что, если бы вы могли отключить любые и все электромагнитные поля в мире, везде и навсегда, вы могли бы подумать , что вы могли бы заставить их мешать. Не повезло: есть виртуальные фотоны и е + - е − пары, заполняющие вакуум КТП, что делает невозможным интерференцию, нарушающую заряд, а также осцилляции заряда одиночной частицы.

Этот аргумент выдерживает критику? Есть ионы, которые ведут себя так, как будто у них электрический заряд 1/3, и они состоят из суперпозиций вещей с целочисленным зарядом. Посмотрите это выступление или погуглите их. Так почему же квантовый вакуум не расщепляет их?
Да, я попытался противопоставить этому использованию «суперпозиции» в своем вводном утверждении. Коллективные эффекты , о которых вы говорите, включают в себя большое количество частиц, очень большие тензорные произведения многих-многих-многих электронов... вся энчиллада КТП. Моя простая мысль касается только одного электрона и одного позитрона, которые никогда сами по себе не превратятся друг в друга. С другой стороны, море Дирака представляет собой чрезвычайно скоординированную систему.
Другой способ сказать это состоит в том, что электрический заряд не является аномальным: воздействие на него моря Дирака никогда не нарушит его сохранения — ЭМ в любом случае вектороподобна, поэтому у вас не может быть квантового нарушения заряда. Использование термина «суперпозиция» для коллективных возбуждений anyon в выступлении Пола Фендли переводит лай на совсем другое дерево!
Спасибо, Космас, интересно. Я должен больше думать об этом. а пока, чтобы посмотреть, правильно ли я понял, я отредактировал свой пост (edit3), чтобы добавить состояние | Z > . Согласно вашему аргументу, такое государство может существовать, верно?
В принципе, можно, если только вы замените ccc на ddd, так как ccc по-прежнему нарушает заряд... вам нужно состояние заряда -1. Но огромное несоответствие масс компонентов сделало бы его когерентность проблематичной: компоненты Каона в основном вырождены, а нейтрино близки по массе... Я не знаю, какова была бы длина осцилляций этого состояния.
Хорошо, принимая ваше тщеславие за чистую монету и притворяясь, что ваша компонента ddd близка к Δ, 1,2 ГэВ, sss — к Ω-, 1,7 ГэВ, а ваше bbb — к причудливому фантастическому состоянию 14 ГэВ, и предполагая, что Z движется с энергиями в ПэВ, так что формула осцилляций нейтрино «работает» (!) длина осцилляций по-прежнему составляет несколько тысяч ферми! На больших расстояниях вы в основном получаете смесь. Но эй! это формальная шутка....
Спасибо Космас, теперь я лучше понимаю разницу. Сохранение электрического заряда в любом случае, в отличие от квазисохранения странности, является ключевым. Является ли причина того, что фотоны не имеют массы (таким образом, вакуум может создавать виртуальные фотоны в основном все время), а странность сочетается со слабым взаимодействием (а Z- и W-бозоны массивны, поэтому их появление маловероятно)? Что касается вашего последнего абзаца, рассуждения о декогеренции - то же самое, что и для ответа Рубенса: разве это не говорит о том, что эксперименты с двумя щелями электронов не должны существовать, потому что фоновое поле все время измеряет электроны?
Не понял сути безмассовых фотонов... И электрические, и слабые заряды сохраняются, а Странность - нет... это не значит, что она получает исключение, потому что слабые бозоны массивны - вакуум также полон ими. Но S — это только часть слабого Y, а у d-кварка такой же Y, как и у s, так что странность все же нарушается. Что же касается декогеренции в эксперименте с двумя щелями, то она ничтожна, и они прилагают особые усилия, чтобы ее избежать. Но если ЭМ-взаимодействие регистрирует значения Уэлхера Вега электрона, да, тогда оно декогерентно, как это было «наблюдаемо».
@CosmasZachos, ваш ответ побудил меня задать отдельный вопрос, но похожий на этот; мне были бы интересны ваши мысли, если вам интересно: физика.stackexchange.com /questions/262052/…
@CosmasZachos, на самом деле, это также привело к второму вопросу, мотивированному вашим ответом. Это я нахожу очень захватывающим, понимая механизм декогеренции, который вы описываете: физика.stackexchange.com /questions/262049/…

Электрические заряды состояний | ты ты ты ⟩ , | г г г ⟩ , | с с с ⟩ находятся + 2 , − 1 , − 1 соответственно. Точнее, эти барионные состояния являются барионами. Δ + + , Δ − , Ом − . Если | Икс ⟩ или же | Д ⟩ будет представлять собой барион, каков будет электрический заряд этой частицы? А электрический заряд — это одно из многих квантовых чисел. На эту проблему указывает @Cosmas Zachos в своих комментариях.

Три барионных состояния Δ + + , Δ − , Ом − являются членами так называемого Декуплета { Δ + + , Δ + , Δ 0 , Δ − , Σ * + , Σ * 0 , Σ * − , Ξ * 0 , Ξ * − , Ом − } . Эти десять барионных состояний являются барионами и составляют основу 10-мерного подпространства. 10 в правой части уравнения

3 ⊗ 3 ⊗ 3 знак равно 1 ⊕ 10 ⊕ 8 ′ ⊕ 8
Ваш | Икс ⟩ , | Д ⟩ конечно, барионные состояния в этом 10-мерном подпространстве. Это подпространство и каждое из других подпространств в правой части приведенного выше уравнения инвариантны относительно С U ( 3 ) применяется к каждому фактору 3 это под С U ( 3 ) ⊗ С U ( 3 ) ⊗ С U ( 3 ) применяется к пространству продукта 3 ⊗ 3 ⊗ 3 .

Спасибо, теперь вижу проблему. Последнее, что меня интересует: существует ли фундаментальная причина, по которой не может быть суперпозиции различных состояний заряда, странности или низости? Я спрашиваю, потому что в атомной физике e- может находиться в разных собственных состояниях главного числа q или углового момента числа q; фотоны могут быть суперпозицией различных собственных значений спина и углового момента. Частицы могут находиться в суперпозиции с различной массой и энергией. Так что мне не совсем понятно, почему этого не должно происходить и с зарядкой?
Но уже, как я указал в своем ответе, ваш | Икс ⟩ а также | Д ⟩ являются суперпозицией различных состояний заряда. Просто они не соответствуют частицам.
Да, я понимаю ваш спор. Но теперь я хочу знать, есть ли веская причина, по которой разные состояния заряда не могут находиться в суперпозиции. Для меня это неочевидно, в частности из-за моих примеров, упомянутых выше.
Могут ли существовать суперпозиции барионов с разным электрическим зарядом и странностью?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v