превращения частиц

[kwakush]

Почитал некоторые популярные и не очень источники о превращениях частиц и в итоге сформировал такое понимание этого процесса. Прошу уважаемых физиков оценить, насколько это понимание соответствует действительности, и соответствует ли вообще.
1) Все пространство заполнено квантовыми полями, частицы же на самом деле никакие не частицы, а некие возбуждения этих полей.
2) А раз так, то ничто не мешает этим полям "перемешивать" между собой эти возбуждения. Для каждого поля существует минимум энергии, способный вызвать его возбуждение, то есть рождение частицы.
3) Когда в определенной точке пространства происходит столкновение частиц, происходит перераспределение общей энергии столкновения между полями в этой точке. Происходит оно также в соответствие с законами сохранения заряда и им подобным.
4) В итоге этого перераспределения энергии могут возбудиться уже какие-то другие поля и таким образом рождаются новые частицы.

[Vechnolos]

kwakush, я не физик, но любитель почитать что-нибудь научно популярное. Вот что я знаю:

kwakush в сообщении #1056056 писал(а):

1) Все пространство заполнено квантовыми полями, частицы же на самом деле никакие не частицы, а некие возбуждения этих полей.

Да.

В квантовой теории каждому полю соответствует частица-квант поля, а каждой частице соответствует поле. Более того, даже если поле не является фундаментальным (например, поле деформаций кристаллической решетки), ему тоже можно сопоставить квант — частицу или квазичастицу (например, квант деформации кристаллической решетки — фонон). Аналогично квазичастице или частице, которая не является фундаментальной, можно сопоставить поле.

Это я вычитал отсюда https://mipt.ru/students/organization/m ... 9t1u8h.pdf стр. 20.

kwakush в сообщении #1056056 писал(а):

4) В итоге этого перераспределения энергии могут возбудиться уже какие-то другие поля и таким образом рождаются новые частицы.

Да, столкновение частиц может привести к превращению одних частиц в другие. Но это не единственный способ рождения новых частиц. Скажем, в результате слабого взаимодействия свободный нейтрон n распадается на несколько новых частиц:

$n \to p W^- \to p e\overline{\nu_e}$

Отдельного упоминания заслуживают виртуальные частицы. Виртуальные частицы существуют "в кредит" — они появляются в вакууме, где для их рождения "по честному" нет достаточной энергии и существуют некоторое время. Их энергия и время жизни подчиняются неопределенности Гейзенберга. Все фундаментальные взаимодействия осуществляются в большей степени обменом виртуальных частиц. [тут я не до конца уверен, пусть меня поправят если я не прав]

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: в более подходящий раздел

[arseniiv]

kwakush в сообщении #1056056 писал(а):

3) Когда в определенной точке пространства происходит столкновение частиц, происходит перераспределение общей энергии столкновения между полями в этой точке. Происходит оно также в соответствие с законами сохранения заряда и им подобным.

Но какая-нибудь частица не обязательно находится в одной точке! Она, в конце концов, квантовая. К тому же, поле не обязано находиться в состоянии с определённым числом частиц — оно может находиться в суперпозиции состояний с разным их числом. Взаимодействие же описывается куда проще*, и при этом без упоминания энергий полей. Более того, из выражения, описывающее взаимодействие [квантовых полей] точно, можно вывести, какие есть заряды.

Надеюсь, мне показалось, что вы отводите энергии полей бо́льшую роль, чем надо, и, надеюсь, вы не забывали про суперпозицию.

* В плане идеи. Её точное изложение вмещает довольно много математики. Просто поля, во-первых, не классические, а, во-вторых, не обязательно, например, скалярные, и т. п..

Vechnolos
Вот про виртуальные частицы вы зря написали. Уровень популярного изложения в этой теме недостаточен, если ТС действительно интересно уточнить своё понимание.

Vechnolos в сообщении #1056068 писал(а):

Но это не единственный способ рождения новых частиц.

Да, вот это более полезное уточнение. У одной и той же вершины взаимодействия бывают разные «реализации»: то электрон в атоме поглотил фотон, то излучил, то гамма-фотон породил электрон-позитронную пару — а вершина одна и та же. Но, опять же, чтобы разобрать, чему на уровне полей это соответствует, надо разобраться с некоторыми вещами, после чего вопросы примут несколько другой вид (с бо́льшим количеством формул) и станут отвечаемыми. А на словах особого понимания не породить.

[Pphantom]

Оффтопик выделен в «Мельницы и клоноводство»

[Munin]

(Оффтоп)

Посмотрим, как дальше развиваться будет...

[kwakush]

arseniiv в сообщении #1056084 писал(а):

Но какая-нибудь частица не обязательно находится в одной точке! Она, в конце концов, квантовая. К тому же, поле не обязано находиться в состоянии с определённым числом частиц — оно может находиться в суперпозиции состояний с разным их числом

Ну я самый простой случай пытаюсь понять. Пусть летят две частицы, сталкиваются, каким-то образом взаимодействуют.

arseniiv в сообщении #1056084 писал(а):

Надеюсь, мне показалось, что вы отводите энергии полей бо́льшую роль, чем надо

Возможно, большую. А какой тогда более важный фактор, влияющий на превращения?

Vechnolos в сообщении #1056068 писал(а):

Скажем, в результате слабого взаимодействия свободный нейтрон n распадается на несколько новых частиц:

Что значит в результате слабого взаимодействия?

[Vechnolos]

kwakush в сообщении #1056170 писал(а):

Что значит в результате слабого взаимодействия?

Существует 4 вида фундаментальных взаимодействий: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное.

В слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионы. Происходит оно с участием $W$ и $Z$ бозонов. При испускании $W^±$ бозона фундаментальный фермион превращается в верхнего/нижнего партнера ($u \leftrightarrow d$, $e \leftrightarrow \nu_e$ и т. п.).

$n \to p W^- \to p e\overline{\nu_e}$

[rockclimber]

Vechnolos в сообщении #1056068 писал(а):

Отдельного упоминания заслуживают виртуальные частицы. Виртуальные частицы существуют "в кредит" — они появляются в вакууме, где для их рождения "по честному" нет достаточной энергии и существуют некоторое время. Их энергия и время жизни подчиняются неопределенности Гейзенберга. Все фундаментальные взаимодействия осуществляются в большей степени обменом виртуальных частиц. [тут я не до конца уверен, пусть меня поправят если я не прав]

Я год или два назад примерно то же самое написал, Munin сказал, что это чушь Ссылку лень искать, если честно.
Ну и, ЕМНИП, виртуальные частицы не появляются в вакууме - они там есть всегда, и их там, мягко говоря, много.

[Munin]

rockclimber
Давайте пока дети в песочнице поиграют, а вот когда им надоест, придём и расскажем нюансы... :-)

[rockclimber]

(Оффтоп)

Munin
Ну куда уж мне нюансы-то рассказывать. Право с левом не перепутать бы, и то хлеб.

[Munin]

rockclimber в сообщении #1056269 писал(а):

Право с левом не перепутать бы

О да, это в слабом взаимодействии крайне важно! :-)

[arseniiv]

kwakush в сообщении #1056170 писал(а):

Возможно, большую. А какой тогда более важный фактор, влияющий на превращения?

На превращения — собственно, ни много ни мало целиком состояния всех полей (тут физики умеют выкидывать менее значимое, но я пока нет) и лагранжиан всей этой системы, который и говорит, как поля могут взаимодействовать, как они связаны. А энергия… мы можем её по состоянию (если это состояние с определённой энергией) посчитать и сделать какие-то выводы о возможности или невозможности некоторых процессов с полями, но обо всём она нам не расскажет. Возьмём хоть классическую систему из катающихся по гладкой плоскости шариков: знание их энергий нам может что-нибудь сказать об их состоянии и том, что может с ними быть потом или было раньше, но не всё.

Состояния полей можно описать элементами гильбертова пространства, как обычно бывает со всеми состояниями систем в квантовой механике. (Некоторые, правда, в конечномерное пространство умещаются, но не всегда. С полями никак.) Как конкретно описать — см. КТП. После этого заодно будет понятно, как именно всё это меняется во времени.

kwakush в сообщении #1056170 писал(а):

Ну я самый простой случай пытаюсь понять. Пусть летят две частицы, сталкиваются, каким-то образом взаимодействуют.

Для квантовых частиц, боюсь, не определено «сталкиваются». Даже если мы ограничим волновые функции этих частиц каким-то узким классом.

Было бы прекрасно рассмотреть взаимодействие классических полей (их хоть можно представить как скаляр, вектор или ещё что-нибудь в каждой точке пространства-времени) вместо квантовых, но классических полей, из которых получались бы в КТП фермионы, насколько я знаю, не бывает. Так что увы. (Пусть меня поправят.)

Короче, я советовать книги не умею, но тут явно надо начинать с КМ, а КТП уже потом когда-нибудь.

[Geen]

(Оффтоп)

Vechnolos в сообщении #1056216 писал(а):

Существует 4 вида фундаментальных взаимодействий: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное.

Кстати, а "Хиггсово поле" не является ли пятым?

[Munin]

(Оффтоп)

Geen в сообщении #1056400 писал(а):

Кстати, а "Хиггсово поле" не является ли пятым?

В "список четырёх" включаются калибровочные взаимодействия. Хиггсовское не такое - оно юкавское. Впрочем, оно действительно портит картинку, достаточно простую, чтобы рассказать её любому дворнику и домохозяйке...