Quantum Field Theory, teoria câmpurilor cuantice ne spune că nu există particule, ci unde/vibrații ale câmpurilor


Am urmărit filmul de aproape 2 ore mai sus cu sufletul la gură și mi-a schimbat puțin modul în care văd lucrurile. Pentru un om care nu a făcut prea multă fizică la viața lui mecanica cuantică și teoria câmpurilor cuantice mi se par destul de fantasmagorice, dar ele sunt reale.

Sean Carroll (site | blog), de la Universitatea CalTech din SUA, explică, în cadrul conferinței de la Fermilab din 12 iunie 2013, de ce oamenii sunt atât de atașați de modelul universului în care aproape toate lucrurile au particule la bază și de ce, în multe cazuri, este bine să fie folosit un asemenea model simplist.

Cum nu am studii în domeniu nu am pretenția să pot explica foarte bine ce a zis Sean Caroll în filmul de mai sus, dar la nivel de concept cred că poți fi de acord cu mine că ceea ce zice are sens.

Ceea ce m-a convins cel mai mult să cred în ideea că tot ce vedem are la bază unde/vibrații/excitații ale unor câmpuri este tocmai modul în care explicată descompunerea radioactivă beta minus și beta plus.

Descompunerea radioactivă beta, beta decay în engleză, are loc în două moduri:
1. dacă avem un izotop cu mai mulți neutroni, atunci un neutron va deveni proton, eliberând în același timp un electron și un anti-neutrino. Aceasta este descompunerea radioactivă beta minus.
2. dacă un izotop are mai mulți protoni, atunci un proton devine neutron și eliberează un pozitron (varul pozitiv al electronului) și un neutrino. Aceasta este descompunerea beta plus.

Poți citi despre descompunerile radioactive alfa, beta și gamma din sursele de mai jos:
1. Q: What is radioactivity and why is it sometimes dangerous?
2. Introduction To Radiation
3. Khan Academy: Types of decay

Voi avea un articol complet legat de radioactivitate în viitor pe Tehnocultura.ro.

Mai jos avem o imagine a procesului beta decay (via):
beta-decay-descompunere

Ok, acum ce nu pare în regulă în imaginea de mai sus? Ei bine, faptul că pot obține electroni din neutroni și pozitroni din protoni când știu că ambii, neutronii și protonii, sunt compuși numai din quarci: protonul din 2 quarci UP si unul DOWN iar neutronul din 2 quarci DOWN și unul UP, pe cum arată și imaginea de mai jos:
fizica-particulelor-atom-nucleu-protoni-neutroni-electroni-quarci

Modelul standard al particulelor din Univers arată așa:
fizica-particulelor-modelul-standard-bosoni-fermioni

Bosonii sunt “particule” care pot fi suprapuse în același spațiu fără a-și pierde identitatea, în același mod în care poți suprapune undele sau valurile într-un lac. Fermionii sunt “particule” care ocupă spațiu și nu poți să suprapui mai multe în exact același loc (bine, Bose Einstein condensate este un caz limită în care la 0 grade Kelvin materia obișnuită se comportă ca o undă, dar asta e altă poveste).

Ei bine, revenind la beta decay, cum poți obține în mod magic electroni din neutroni, când neutronii sunt compuși din orice altceva în afara electronilor? Ei bine, quantum field theory, care zice că aceste particule sunt, de fapt, unde sau vibrații ale câmpurilor, poate explica de ce poți obține unde de o anumită natură din unde de altă natură.

Dacă urmărești modul în care se propagă undele poți observa că acestea se pot amplifica, intersecta, anula, compune și descompune.

Așadar, în felul acesta poți explica de ce apar în mod magic alte particule în urma unor procese ca radioactivitatea ori coliziunile la viteze înalte de la LHC.

Care e treaba cu câmpurile astea? Ei bine, conform teoriei ai câmpuri corespunzătoare fiecărei particule, câmpuri care sunt peste tot. Numai când se întrunesc condițiile necesare vibrațiile în aceste câmpuri dau naștere unor particule pe care le știm.

E nițel cam greu de înțeles asta, dar voi reveni cu alte articole pe măsură ce învăț mai multe și intru și în detaliile matematice. Până atunci, urmărește filmul de mai sus și pune cât de multe întrebări poți în secțiunea de comentarii.

2 Responses to “Quantum Field Theory, teoria câmpurilor cuantice ne spune că nu există particule, ci unde/vibrații ale câmpurilor”

  1. Petrica Mercorea Reply 26. Jul, 2015 at 9:11 am

    Buna ziua.nu este corect sa spui izotop unui element ce are acelasi numar de neutroni,dar un numar diferit de protoni,acesta este numit izoton.Asa cum cel care are acelasi numar de protoni si neutroni se numeste izobar.
    Toate cele bune!
    Cordial,
    Petrica Mercorea

    • Daca are numar diferit de protoni, atunci este un alt element chimic. Daca are acelasi numar de protoni, dar numar de neutroni diferit, atunci e izotop.