Почему физики считают частицы точечными?

В стандартной модели (как и во всей традиционной релятивистской квантовой теории поля) частицы точечны. Все экспериментально доступные факты о микрофизике кажутся согласующимися со стандартной моделью. Это (полностью достаточная) причина полагать, что частицы в Природе точечны.

Точечный — это технический термин, который относится к тому факту, что в стандартной модели лагранжиан является функцией полей в одной и той же точке (а не интегралов по полям в некоторой малой окрестности этой точки, описываемых форм-факторами, определяющими '' форма частицы).

Основная причина, по которой, тем не менее, многие физики предполагают, что (при гораздо более высоком разрешении) частицы могут быть не точечными, заключается в том, что не существует известного способа согласования квантовой теории поля с гравитационными силами, в то время как теория струн (где частицы подобны струнам), по-видимому, предложить возможный способ сделать это. Никто не знает, насколько эти предположения окажутся верными.

Бритва Оккама предполагает, что самое простое объяснение является наиболее вероятным. Физики будут считать элементарные частицы точечными до тех пор, пока у них не будет доказательств обратного.

Точечный и точечный - совершенно разные понятия. Планета Юпитер точечная с точностью до 6 или более знаков после запятой при изучении динамической эволюции Солнечной системы. Не означает, что Юпитер является точкой! Тот факт, что что-то ведет себя как точка, всегда означал, что мы просто еще недостаточно знаем. Теория струн — это одна теория о более глубоком уровне, есть и другие.

Поэтому я не думаю, что многие физики на самом деле думают, что электрон — это точка. Просто вам не нужно беспокоиться о какой-либо структуре при работе с ничтожными энергиями в 100 ГэВ или меньше...

Ваш вопрос основан на предположении, что вакуум пуст, а вещества (включая частицы) — это вещи, которые мы поместили в пустой вакуум. Но эффект Казимира показывает, что вакуум не пустой, а динамичная среда. Это привело к возникновению точки зрения на элементарные частицы: они представляют собой квантованные коллективные движения вакуумной среды.

В одном подходе мы рассматриваем вакуум как набор кубитов. (т. е. пространство представляет собой океан кубитов.) Если эти кубиты образуют жидкость, состоящую из струн, то квантованные коллективные движения кубитов могут породить фотоны, электроны и т. д. Таким образом, элементарные частицы, такие как фотоны и электроны, не являются элементарными в в том смысле, что существуют лежащие в основе теории, такие как модель квантовых кубитов на решетке, из которых они могут быть получены в качестве эффективного приближения (см., например, нашу статью arXiv:hep-th/0302201 ). При такой картине эмерджентности, если мы внимательно рассмотрим элементарные частицы, мы увидим кубиты, из которых состоит все пространство. Вопрос о том, являются ли элементарные частицы точечными или нет, не имеет смысла в рамках эмерджентного подхода.

Конденсация струнных сетей обеспечивает единое происхождение калибровочных взаимодействий и статистики Ферми: как элементарные калибровочные бозоны (такие как фотоны, глюоны), так и элементарные фермионы (такие как электроны, кварки) могут возникать как квазичастицы в квантовой спиновой модели на решетке. если модель квантового спина имеет «конденсированное состояние струнной сети» в качестве основного состояния. Сравнение подхода string-net и подхода superstring можно посмотреть здесь .

Существует фальсифицируемое предсказание теории струнных сетей: все фермионы (элементарные или составные) должны нести калибровочные заряды (см. нашу статью cond-mat/0302460 ). Стандартная модель содержит составные фермионы, нейтральные для$U(1)\times SU(2)\times SU(3)$Калибровочная теория. Итак, согласно теории струнных сетей, стандартная модель неполна. Правильная модель должна содержать дополнительную калибровочную теорию, такую ​​как$Z_2$Калибровочная теория. Таким образом, теория струнных сетей предсказывает дополнительную дискретную калибровочную теорию и новые космические струны, связанные с новой дискретной калибровочной теорией.

Эмерджентный подход может также производить (линейную) квантовую гравитацию из моделей квантового спина (см. нашу статью arXiv:0907.1203 ). Однако эмерджентный подход (такой как теория струнных сетей) до сих пор не смог создать киральную связь между$SU(2)$слабое взаимодействие и фермионы.

Элементарные частицы на самом деле не имеют формы или размера, это эмерджентные качества, возникающие в результате взаимодействия между частицами. В квантовой физике частица представлена ​​своим квантовым состоянием, и если вы хотите описать это в пространстве, вы получаете волновую функцию, которая говорит нам, какая часть частицы присутствует в любой заданной точке пространства. Поскольку нет теоретического предела для размера пространственной области, где волновая функция отлична от нуля, вы не можете приписать частице конечный размер. Вы можете представить частицу либо как бесконечно малую (т.е. точечную), либо просто сказать, что понятие размера не имеет большого смысла.

Я готовил ответ на вопрос, сделанный дубликатом .

вопросов было больше, чем в вопросе выше, поэтому отвечаю здесь:

Элементарные частицы похожи на математические точки?

В стандартной модели физики они таковыми и считаются.

Есть ли смысл в квантовой механике и стандартной модели думать таким образом?

Это таблица элементарных частиц стандартной модели физики элементарных частиц .

Вся материя состоит из этих частиц, и да, они моделируются как точечные частицы. Да, математическая модель стандартной модели подтверждалась снова и снова, и ее предсказания, основанные на квантовой механике, сбывались, совсем недавно, после открытия бозона Хиггса.

Верно ли, что две элементарные частицы неразличимы?

Нет, это неверно как общее утверждение. Разные типы частиц (электроны, кварки...) характеризуются разными квантовыми числами и различимы.

Однотипные элементарные частицы экспериментально неразличимы, два электрона взаимозаменяемы, за исключением их квантовых чисел в конкретных граничных условиях. Вообще к элементарной частице нельзя прикрепить удостоверение личности.

Канонические частицы обладают реальным радиусом твердости, который определяется выражением Комптона$\lambda_\text{Compton} = \frac{h}{mc}$. Подробнее об этом можно прочитать здесь http://inerton.wikidot.com/canonical-particle

Почему физики элементарных частиц рассуждают о точечных частицах? Мне кажется, это связано с их образованием; а именно, их учителя говорили им неправильные вещи и внедряли абстрактный подход к реальности. Жаль, но это правда.