Являются ли массы покоя элементарных частиц заведомо постоянными?

В частности, мне любопытно, могут ли значения масс покоя электрона, верхнего/нижнего кварка, нейтрино и соответствующих частиц в течение следующих двух поколений быть определены как постоянные или в числах существует внутренняя неопределенность. Я предполагаю, что, поскольку (пока) не существует математической теории, которая производит эти массы, мы должны вместо этого полагаться на экспериментальные результаты, которые всегда будут иметь погрешность. Но интересно, это идет глубже, чем это? Существуют ли в природе такие постоянные значения или они могут быть «размазаны» по распределению, как и многие другие наблюдаемые, до измерения? (Выбираем ли мы распределение, хотя и очень узкое?) Говорит ли об этом что-нибудь современная теория? (т.е. они должны быть постоянными, без места для маневра и без комментариев)

Я немного знаком с частицами на оболочке и вне оболочки, но должен признаться, что не уверен, фигурирует ли это в моем вопросе. Я хотел бы сказать, что в качестве примера я говорю о массе покоя электрона, которая может быть определена зарядом и соотношением заряд/масса. Но, возможно, само это число зависит от масс электронов вне оболочки? Возможно, в этом нет смысла. Излишне говорить, что я был бы признателен за любые разъяснения.

Ответы (5)

Наверняка нет . Вы правы в том, что не существует теории, объясняющей массы (они вводятся как параметры), но обратите внимание, что наши современные теории, используемые для объяснения, например, данных БАК (то есть квантовых теорий поля), неизбежно имеют шкалу: вам нужно описать до какие энергии вы делаете физикой, иначе теория просто не имеет смысла [ вставьте сюда обычную историю о перенормировке и бесконечностях, которую часто рассказывают, чтобы напугать маленьких детей перед сном ].

Теперь это не должно вызывать удивления, поскольку прямо за углом ждут открытия новые частицы, поэтому утверждение, что у нас есть полная теория, было бы абсурдным. Вместо этого мы утверждаем, что у нас есть хорошая теория, которая работает до определенного масштаба. Следовательно, все параметры, которые вводятся вручную, должны зависеть от масштаба. Опять же, это связано с тем, что теории на разных масштабах потенциально совершенно различны (например, в «нынешнем масштабе» суперсимметрия не предполагается, в то время как вполне возможно, что в немного более высоком масштабе наши теории должны будут ее включать), и поэтому параметры теории, которые используются для связи теории с экспериментом, потенциально не имеют отношения друг к другу. Это явление известно как бег констант связи или, кратко, бегущая связь..

Мораль в том, что все остальные массы и "константы" взаимодействия зависят от некоторого масштаба. Их не следует рассматривать как нечто изначально глубокое в природе, а просто как подходящие параметры, которые описывают только эффективные массы и эффективную связь. Чтобы проиллюстрировать, почему они просто эффективны: рассмотрим электрон в классической физике. Мы можем измерить его заряд обычными методами. Это значение является дальним низкоэнергетическим е ( Е → 0 ) предел зависимой от масштаба связи е ( Е ) . По мере того, как вы увеличиваете энергию и пытаетесь исследовать электрон на более коротких расстояниях, вы обнаружите, что появляется много других электрон-позитронных пар, экранирующих электрон, и заряд, который вы будете измерять, будет другим из-за этих изменившихся условий (мы говорим о поляризация вакуума).

Просто для полноты: можно сказать, что Е → 0 предел — это самая важная вещь в связях, и мы должны принять это как определение. Если это так, то эти дальние связи действительно являются константами, как это использовалось в классической физике. Но эта точка зрения бесполезна в физике элементарных частиц, где люди вместо этого пытаются сделать Е как можно выше, чтобы получить теорию, действующую в больших масштабах (поскольку это то, что им нужно на LHC).

Сначала я тоже был обеспокоен отрицательным голосом. Я прочитал ссылку и продолжил чтение о перенормировке. Похоже, это не просто математический трюк, а скорее моделирование того, что происходит на все меньших и меньших расстояниях. В этом случае я вижу, что мы рассматриваем массу вовсе не как константу, а скорее как параметр, связанный с масштабом. Но разве массы при Е -> 0 не подстраиваются при перенормировке, а это истинные константы?
@jaskey: да, присутствуют два (взаимосвязанных) эффекта: ренормализация (известная как вычитание бесконечностей) и ренормгруппа (т.е. зависимость от масштаба). В примере с электроном, о котором я упоминал, даже при Е → 0 предел, нам нужно использовать перенормировку, так как всегда есть экранирование заряда из-за собственного поля электрона, и это оказывается бесконечным, если вычислить наивно. Один использует перенормировку, чтобы сделать его конечным. Но тогда, если мы изменим масштаб Е мы обнаружим, что (теперь конечный) заряд снова меняется (из-за масштабных эффектов более высоких энергий).

Думаю, я могу придумать три возможных способа, которыми массы могут быть непостоянными. (1) они могут изменяться из-за квантово-механических флуктуаций, (2) они могут немного различаться для разных частиц в одно и то же время, (3) или они могут изменяться в течение космологических интервалов времени.

Кажется, номер 1 - это то, что вы имели в виду, но я не думаю, что это работает. Стандартная картина состоит в том, что для частицы массы m ее импульс p и масса-энергия E могут флуктуировать, но флуктуации всегда таковы, что м знак равно Е 2 − п 2 (с c=1) остается прежним.

Касательно № 2, вот хорошая информация: все ли электроны идентичны?

Касательно № 3, следует обратить внимание на то, что невозможно, даже в принципе, сказать, изменяется ли единая фундаментальная константа. Это понятие имеет смысл только тогда, когда вы говорите о безразмерных константах: Duff, http://arxiv.org/abs/hep-th/0208093 . Однако, безусловно, имеет смысл говорить об изменениях безразмерных отношений фундаментальных констант, таких как отношение двух масс или постоянная тонкой структуры.

Есть утверждения Webb et al. JK Webb et al., http://arxiv.org/abs/astro-ph/0012539v3 , что постоянная тонкой структуры менялась в течение космологических временных масштабов. Чанд и др., Астрон. Астрофиз. 417: 853, не удалось воспроизвести результат, и ИМО это подделка. Мне неизвестны какие-либо подобные тесты на отношения масс элементарных частиц. Если вы измените соотношение масс электрона и протона, это изменит спектр водорода, но, по крайней мере, до первого порядка, это изменение будет просто перемасштабированием энергий, которое будет неотличимо от крошечного изменения доплеровского сдвига. .

Гравитация Бранса-Дикке (Physical Review 124 (1961) 925, http://loyno.edu/~brans/ST-history/ ) имеет скалярное поле, которое можно интерпретировать либо как локальное изменение инерции, либо как локальное изменение гравитационная постоянная G. В каком-то смысле это можно интерпретировать как означающее, что, например, электроны в разных точках пространства-времени имеют разные массы, но все частицы будут затронуты одинаково, так что это не повлияет на отношение масс — следовательно, двусмысленность между интерпретацией его как изменения инерции или изменения G. Гравитация BD имеет безразмерную постоянную ю , и предел ю → ∞ соответствует общей теории относительности. Испытания Солнечной системы сдерживают ю должно быть не менее 40 000, так что гравитация BD в наши дни практически мертва.

Или (что наиболее важно) они могут быть следствием теории ренормализационной группы КТП, где оказывается, что они на самом деле вовсе не константы. Это, например, известное объединение сил в теориях ТВО: параметры связи электрослабых (это имеет два компонента U ( 1 ) и С U ( 2 ) , и, следовательно, описывается двумя параметрами, но эти составляющие не совпадают с ЭМ и слабыми параметрами, к которым мы привыкли в физике низких энергий) и сильное взаимодействие зависит от масштаба, а на масштабе ТВО все три встречаются одновременно точка.
По поводу пункта №1. Поскольку мы находим массу покоя как инвариант четырехвектора энергии/импульса, мы аналогичным образом находим инвариантную длину для четырехвектора положения/времени. Я вижу соотношение неопределенностей положения и импульса, а затем соотношение неопределенностей энергия-время. Где-то (думаю, это был Q&M Гриффитса) я читал, что отношение энергия-время является побочным продуктом расширения отношения положения-импульса в специальную теорию относительности (3 -> 4 вектора). Если это верно, то должно ли быть отношение неопределенности для инварианта длина четырех вектора частицы и его масса покоя? Или человек не может этого сделать? Почему?

если подумать, каждый раз, когда вы выполняете измерение, вы должны использовать устройство, которое ограничено законами квантовой механики. Любое устройство, измеряющее вес частицы, должно регистрировать вес посредством некоторого внутреннего перехода устройства... (например, устройство должно каким-то образом измениться, когда частица находится рядом с ним, так что даже если частица находится в состоянии покоя, когда наблюдение устройство должно иметь некоторый переход во внутреннем положении и импульсах, чтобы зафиксировать наблюдение). Так что я бы сказал, что квантовая механика накладывает ограничение на то, насколько близко мы можем подобраться к фактической массе покоя частицы. Этот предел всегда приблизительно пропорционален постоянной планки или постоянной планки, умноженной на 1/2.

обратите внимание, что неопределенность исходит не от самой массы, а от процесса измерения, который по определению будет включать некоторое движение частиц, что, в свою очередь, ограничит неопределенность гейзенберговскими пределами.
Тогда своим ответом вы бы утверждали, что массы покоя являются реальными константами, но навсегда вне нашей досягаемости из-за нашего ограниченного процесса измерения? Возможно, здесь я вступаю в философию, но как можно говорить о чем-то реальном (или постоянном), если оно не может быть подтверждено как таковое наблюдением?
Я не говорю, что это постоянно, я говорю, что всегда будет некоторая неопределенность из-за квантовой механики.
таким образом, невозможно проверить, является ли какое-либо наблюдаемое «действительно» константой. Но, на мой взгляд, доведение неопределенности до коэффициента 10 ^ -34 является достаточно хорошим приближением, поэтому для меня я просто продолжу и предположу, что это константа... кстати, что мотивирует этот вопрос
Я читаю учебники, но не учусь в университете, поэтому, когда я не могу что-то решить, я спрашиваю об этом здесь. Я чувствую, что снова и снова рассматривал допущение массы покоя как константы для данной частицы, но не видел причин, почему это должно быть так, особенно учитывая природу квантового мира. Я хотел бы увидеть теоретическую мотивацию постоянства, но пока (и особенно с учетом множества ответов) я не вижу никакой
когда вы измеряете что-то и продолжаете получать один и тот же результат, люди склонны думать, что то, что вы измеряете, является константой... например, каждый раз, когда я встаю на весы, мне напоминают, что я постоянно толстый... Прости, но если вы не видите мотивации того, почему вещи считаются постоянными (одинаковыми), значит, вы недостаточно внимательно ищете.
Если выборка осуществляется с узким распределением, которое не может быть разрешено в пределах существующих измерительных устройств, то нет: повторяющиеся результаты с соответствующими им неопределенностями не указывают на константу. Даже в вашем примере с весами — вес вашего тела колеблется в течение дня — хотя ваши весы могут быть недостаточно точными, чтобы это зарегистрировать, — он все же определенно не постоянен. Сбивает с толку то, что количество измерений, необходимых для нахождения массы, выходящей за пределы наибольшего количества данных в распределении, может быть еще не выполнено. Так где же мотивация?

Массы покоя фундаментальных частиц, конечно же, НЕ являются константами!

Я скопирую/вставлю со страниц 6-9 (из 20) недавнего документа Альфредо (независимый исследователь)
достаточно информации, чтобы показать, как могут изменяться свойства атома , включая массу, на космологическом уровне.
Отталкиваясь только от данных и не делая никаких гипотез, он формально представляет модель расширения (масштабирования) Вселенной, в которой атомы не инвариантны и выполняются физические законы, без противоречия с ОТО, и сравнивает модель с FRW и Λ модели ЦДМ.

(Вся статья заслуживает вашего внимания, она очень ясная и использует только базовую физику, недоступную для студентов бакалавриата. Он проводит полное исследование того, как мы измеряем, единицы, локальные и полевые константы и законы, как могут существовать вариации и почему мы не в курсе таких и многое другое)

цитируя Альфредо :
Как вселенная может масштабироваться

Мы видели, что если пространственное расширение отслеживает явление масштабирования, мы должны ожидать обнаружения изменяющихся констант поля; теперь мы должны выяснить, почему этого не наблюдается. Первое, что нужно сделать, это посмотреть на размерные функции поля и некоторые другие константы:

[ грамм ] знак равно М − 1 л 3 Т − 2 [ ε ] знак равно М − 1 Вопрос 2 л − 3 Т 2 [ с ] знак равно л Т − 1 [ час ] знак равно М л 2 Т − 1 [ о ] знак равно М − 3 л − 8 Т 5 .

Уравнения постоянных поля ( грамм , ε и c ) обладают своеобразной характеристикой: сумма показателей степени функции размерности каждой константы поля равна нулю! Это неожиданно и не происходит с другими константами. Это означает, что если все четыре рассматриваемые основные единицы изменяются в одном и том же множителе,

М знак равно Вопрос знак равно л знак равно Т ,
то единицы измерения постоянных поля остаются неизменными, [ грамм ] знак равно [ ε ] знак равно [ с ] знак равно 1 . Чтобы понять значимость этого, давайте рассмотрим, что атомные единицы массы, заряда, длины и времени изменяются с одинаковой скоростью по отношению к единицам пространства. В этом случае, в силу показанного выше свойства, атомарные единицы полевых констант инвариантны по отношению к пространственным и, следовательно, полевые константы инвариантны в обеих системах (они инвариантны в пространственных единицах по определению этих единиц). ). Геометрия пространства масштабировалась бы в атомных единицах, в то время как значения констант поля оставались бы неизменными — именно это, по-видимому, и отображают космические данные .

Тот факт, что размерности констант поля отображают нулевую сумму экспонент, может быть просто совпадением, но это также тот признак, который мы искали, свойство, заложенное в физических законах. Это единственный способ, которым мы можем рассматривать ранее неизвестное фундаментальное свойство, не вступая в противоречие с установленной физикой.

Теперь у нас есть фундаментальное понимание, которое может поддержать модель масштабирования (расширения) Вселенной, и теперь мы приступим к формальному развитию этой модели.
...
Следовательно, одна из систем единиц определяется из свойств материи, обозначается здесь атомарной системой и обозначается буквой А ("А" от "атомный"), а другая является пространственной системой единиц, обозначаемой буквой S (" S" от "пробел"); вторая такова, что свойства пространства (геометрия и полевые константы) остаются в нем неизменными, что требуется для квалификации S-системы как внутренне определенной по отношению к пространству. Таким образом, условия, определяющие S-систему, следующие:
- единицы S таковы, что S-меры констант поля остаются инвариантными;
- Единица длины S такова, что длина волны распространяющегося в вакууме излучения не зависит от времени.
Базовыми величинами являются масса ( M ), заряд ( Q ), время ( T ), длина ( L ) и температура ( θ ), а соотношение между базовыми единицами A и S обозначается М А С , Вопрос А С , Т А С , л А С , θ А С . Обратите внимание, что отношение между единицами A и S любой величины или константы поэтому выражается соответствующей функцией измерения;
...
постулаты

Модель будет выведена не из гипотез, а из соответствующих результатов наблюдений, которые формулируются как постулаты:

  1. В атомных единицах (А) все локальные и полевые константы не зависят от времени.
  2. л А С уменьшается со временем.

Первый постулат не полностью подтверждается опытом, так как мы не можем сформулировать его с требуемой погрешностью; однако у нас также нет веских указаний из наблюдений, что это может быть иначе. Второй постулат представляет собой наблюдаемое явление расширения пространства в атомных единицах, сформулированное таким необычным образом, потому что оно представлено как функция л А С , т. е. отношения атомных и пространственных единиц длины, а не обратного, как обычно.
...
S единиц по определению таковы, что (уравнение 1)

д грамм С д т С знак равно д ε С д т С знак равно д с С д т С знак равно 0.
Поскольку константы поля не зависят от времени и в атомных единицах, как утверждает постулат 1, и поскольку две системы единиц идентичны при т знак равно 0 , то значения этих констант одинаковы в двух системах в любой момент времени: (уравнение 2)
грамм А знак равно грамм С знак равно грамм ε А л л знак равно ε С знак равно ε с А л л знак равно с С знак равно с .

Отношение между значениями S и A каждой константы - это отношение между соответствующими единицами A и единицами S, которое задается функцией размерности,
поэтому (уравнение 3)
грамм С грамм А знак равно [ грамм ] А С знак равно М А С − 1 л А С 3 Т А С − 2 знак равно 1 ε С л л ε А знак равно [ ε ] А С знак равно М А С − 1 Вопрос А С 2 л А С − 3 Т А С 2 знак равно 1 с С л л с А знак равно [ с ] А С знак равно л А С Т А С − 1 знак равно 1.
Эта система уравнений подразумевает М А С знак равно Вопрос А С знак равно Т А С знак равно л А С . По постулату 2, л А С является функцией времени, поэтому решение можно представить в виде: (уравнение 4)
М А С ( т ) знак равно Вопрос А С ( т ) знак равно Т А С ( т ) знак равно л А С ( т ) .
Обратите внимание, что температура не зависит от этого результата.

Следующим шагом является определение этой временной функции, которая представляет собой закон пространственного масштабного фактора. Поскольку все вышеупомянутые четыре основные величины следуют этой функции, удобно идентифицировать ее с помощью специального обозначения; в данной работе этот закон подобия обозначается символом α : (уравнение 5)

α ( т ) знак равно л А С ( т ) .
...
Закон масштабирования

Не делать никаких гипотез о причине расширения — значит считать, что расширение обусловлено фундаментальным свойством; рассматривать иначе означало бы выдвигать конкретную гипотезу о конкретном явлении, вызывающем расширение. Следовательно, для этой модели пространственное расширение обусловлено фундаментальным свойством, прослеживающим самоподобное явление. Точно так же, поскольку не делается никаких гипотез о том, как фундаментальные свойства могут меняться в зависимости от положения в пространстве и времени, предполагается, что они от него не зависят. Это означает, что масштабирование имеет постоянную скорость времени в некоторой физически релевантной системе единиц, т. е. что закон масштабирования экспоненциален в такой системе единиц. В рамках, установленных для этой модели, есть только две возможности: либо пространственное расширение экспоненциально в единицах A ( л С А ( т А ) знак равно α − 1 ( т А ) экспоненциально) или материя испаряется экспоненциально в S единицах ( л А С ( т С ) знак равно α ( т С ) является экспоненциальным). Первый случай не соответствует наблюдениям; возможен только последний случай.

Общее выражение для экспоненциального закона масштабирования в единицах S: (уравнение 6)

α ( т С ) знак равно к 1 е к 2 ⋅ т с ;
в данный момент т А знак равно т С знак равно 0 это α ( 0 ) знак равно л А С ( 0 ) знак равно 1 , так к 1 знак равно 1 ; обратите внимание, что (уравнение 7)

д т С д т А знак равно Т А С знак равно α
который показывает, что изменение меры времени обратно пропорционально единице времени; и что (уравнение 8)
р А знак равно р С л А С − 1 знак равно р С ⋅ α − 1 ,
где r — расстояние до некоторой точки или ее координата длины; поскольку скорость расширения пространства при t = 0 по определению является значением постоянной Хаббла, представленной как ЧАС 0 , тогда (уравнение 9)
ЧАС 0 знак равно ( 1 р А д р А д т А ) 0 знак равно − к 2 ,
поэтому (уравнение 10)
α ( т С ) знак равно е − ЧАС 0 ⋅ т С .

Постоянная Хаббла - это текущая скорость расширения пространства для атомного наблюдателя и скорость исчезновения материи (отрицательная) для космического наблюдателя.

Если вы решили, что массы зависят от времени, то не нужно доказывать, что массы зависят от времени ;-)
@Vladimir Я не вижу логики в твоей фразе. Это заблуждение. Попробую логически перефразировать. «Если вы решили показать , что массы могут зависеть от времени, вы должны использовать референцию «над» частицами , затем вам нужно доказать, что «физические законы» (уравнение 3) по-прежнему действуют , как это сделал автор, используя размерный анализ. .
Извините, это совершенно нелепо!
@Columbia Когда я был маленьким мальчиком, мне нужно было пройти 40 шагов, чтобы перейти дорогу перед моим домом. Теперь я измеряю его в 20 шагов, и у нас есть консенсус среди всего, что выросло со мной, что дорога сжимается, подкрепленная осторожными мерами. Мой особый мир состоит из одинаковых детей, и когда мне сказали, что наш рост и вес изменились, я ответил, что это просто смешно! . Инвариантность атома массы/длины является скрытым требованием ББТ (это неизбежно, и это никогда не было доказано, а отсутствие явного усугубляет ситуацию). Колумбия, пожалуйста, внимательно прочитайте аргумент и попытайтесь найти недостаток. Это должно быть предельно просто.

Массы покоя определены, поскольку они соответствуют основным состояниям систем КМ, где определена энергия. Это справедливо для любой системы — «элементарной» или составной. Высокие температуры могут создать энергетическую неопределенность и повлиять на «измеряемую» массу.

«Измерение» массы может быть косвенным через точные переходы, выраженные теоретическими формулами, включающими массу.

Многие современные теории не могут просто использовать экспериментальные данные о массах и зарядах, и это, очевидно, не особенность природы, а несовершенство человека. Если вы прочитаете ответ Марека, вы узнаете, что, поскольку Марек не знает всех частиц, которые может произвести природа, он и его теория не могут ошибаться. Вот и бегут за ним массы и сборы, бегают по его поручениям. И главная задача — описать экспериментальные данные неправильной теорией. Сложная задача, но, к счастью, выполнимая с помощью бегущих констант.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Для тех, кто не знает, что большинство "наших теорий" неперенормируемы, обычное бла-бла о "зависимости от масштаба" вообще не применимо (это не помогает).

РЕДАКТИРОВАТЬ 2: я вижу, что отрицательные голоса не хотят оставлять остальные массы в покое.

Тогда вы бы сказали, что перенормировка не имеет физического смысла? Остаются ли заряженные частицы скрытыми в облаке виртуальных копий самих себя и собственной античастицы в этом смысле или нет?
@ jaskey13: перенормировка по своей цели - исправить неправильные результаты. Неперенормированная теория дает слишком плохие результаты. Кто занимается перенормировкой? Это мы, а не природа, не сами частицы. Физический смысл перенормировок состоит в том, чтобы из плохих получить разумные результаты. Это вмешательство человека в плохие решения. В нем вообще нет никакой физики. И нет никакой поляризации вакуума. Другое дело, что иногда таким образом мы получаем разумные результаты. Значит, другая, "перенормированная" теория хороша и где-то рядом. Мы просто не нашли его непертурбативно.
Являются ли массы покоя элементарных частиц заведомо постоянными?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v