Tamaño de una partícula elemental

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El tamaño de una partícula elemental es una característica de la partícula que refleja la distribución espacial de su carga eléctrica . Suelen hablar del radio rms de la distribución de carga eléctrica , que también caracteriza a la distribución de masa:

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} ^{2}\right\rangle ))={\sqrt {\int \limits_{V}\rho_e}(\mathbf {r } )\,{\mathbf {r} ^{2}}\,{\nombre del operador {d} }V}}

dónde

$\mathbf{r}$ es el radio vector ,
${\sqrt {\left\langle \mathbf {r} ^{2}\right\rangle ))$ es el radio cuadrático medio de la distribución de carga eléctrica,
${\ estilo de visualización \ rho _ {e} (\ mathbf {r})}$ es la densidad de carga normalizada (en función del vector radio):

Condición de normalización:

\int \limits _{V}\rho _{e}(\mathbf {r} )\,{\operatorname {d} }V=1

${\nombre del operador {d} }V$ es el elemento de volumen .

Disposiciones del Modelo Estándar

En el marco del Modelo Estándar, las partículas elementales se dividen en dos tipos cualitativamente diferentes: portadores de interacción , que son bosones de calibre ( fotón , bosones W y Z y 8 gluones ), y partículas de materia, representadas por dos grupos: quarks y leptones . Los quarks, a diferencia de los leptones, no se han encontrado en estado libre (esto se explica por la teoría del confinamiento dentro de la cromodinámica cuántica ). Por lo tanto, los bosones de calibre, los quarks y los leptones son puntuales (sin estructura) hasta escalas del orden de 10 −18 m [1] . En el proceso de hadronización , los hadrones se forman a partir de quarks (así como antiquarks ) y gluones [2] . Esta clase de partículas compuestas se divide en dos grupos: bariones (formados por 3 quarks) y mesones (formados por un quark y un antiquark). Los bariones más ligeros y estables son los nucleones , que forman el núcleo del átomo , y están representados por el protón y el neutrón . Los mesones incluyen piones ( mesones π ), kaones ( mesones K ) y muchos otros. Debido a la gran variedad de partículas elementales, sus tamaños son muy diferentes.

Para bosones de calibre, quarks y leptones, los tamaños finalmente no se encontraron dentro de la precisión de las mediciones realizadas . Esto significa que sus dimensiones son inferiores a 10 −18 m ( ver explicación anterior ). Si los tamaños finales de estas partículas no se encuentran en experimentos posteriores, esto puede indicar que los tamaños de los bosones de calibre, quarks y leptones están cerca de la longitud fundamental (que muy probablemente [3] puede resultar ser la longitud de Planck igual a 1.6⋅10 − 35 m ).

A diferencia de las partículas sin estructura, los tamaños de los hadrones son bastante detectables . Su radio cuadrático medio característico está determinado por el radio de confinamiento (o confinamiento de los quarks) y es igual en orden de magnitud a 10 −15 m ( 1 fm ). Además, varía de hadrón a hadrón.

Relación entre el radio cuadrático medio y el factor de forma de la partícula

El radio RMS de la distribución de carga está relacionado con el factor de forma de la partícula ( transformada de Fourier de su densidad de carga) mediante la siguiente fórmula:

F(q^{2})=\int \limits _{V}\rho _{e}\,e^{iq\mathbf {r} }\,{\operatorname {d} }V

donde es la unidad imaginaria . $i$

Para valores pequeños, la siguiente expansión es válida: ${\ estilo de visualización q^{2}}$

F\left(q^{2}\right)=1-{\frac {1}{6}}\left\langle \mathbf {r} ^{2}\right\rangle q^{2} +\ldots

Tamaños de los mesones protón, π ± y K ±

Hasta la fecha, los radios de la raíz cuadrada media de la distribución de la carga eléctrica del protón, los mesones π y K cargados se han medido de forma más fiable. La medición de los factores de forma del protón en experimentos sobre la dispersión de electrones en él y los factores de forma de los mesones π y K en experimentos sobre su dispersión en los electrones de la materia hizo posible determinar la raíz cuadrada media correspondiente radios:

para protones :

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} _{p}^{2}\right\rangle ))

= (0,8751 ± 0,0061) 10 −15 m [4] ,

para π ± -mesones :

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} _{\pi ^{\pm }}^{2}\right\rangle }}

= (0,663 ± 0,023) 10 −15 m [5] ,

para K ± -mesones :

{\sqrt {\left\langle \mathbf {r} _{K^{\pm }}^{2}\right\rangle }}

= (0,53 ± 0,05) 10 −15 m [5] .

Los errores reflejan el nivel de precisión de los experimentos realizados.

Véase también

Literatura

Editor en jefe A. M. Prokhorov . Enciclopedia Física . — M .: Enciclopedia soviética . ( versión electrónica )

Notas

↑ Estimación a principios de la década de 1990 (ver A. M. Prokhorov. Enciclopedia física )
↑ Confinamiento y hadronización Copia de archivo del 20 de marzo de 2011 en Wayback Machine en el sitio web de Elementa.ru
↑ AM Prokhorov. Enciclopedia física , artículo "Longitud fundamental" ( versión electrónica ).
↑ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Archivado el 8 de diciembre de 2013 en Wayback Machine . Constantes físicas fundamentales: listado completo
↑ 12 A. M. Prokhorov . Enciclopedia Física .