Dass ein Partikel in andere Partikel zerfällt, ist völlig unzusammenhängend von seiner Unterstruktur / Grundstruktur oder Zusammensetzung.

Einige Beispiele: Ein hochenergetisches Photon kann in Gegenwart eines anderen Objekts, das den überschüssigen Impuls aufnimmt, in ein Elektron und ein Positron "zerfallen". Das bedeutet nicht, dass ein Photon aus Elektronen und Positronen besteht. Ein freies Neutron zerfällt in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Anti-Neutrino mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von 10 Minuten, ist jedoch ein zusammengesetzter Zustand aus drei Quarks .

aus anderen Partikeln zusammengesetzt zu sein bedeutet, ein gebundener Zustand dieser Partikel zu sein. Quantenfeldtheoretische Prozesse haben kein Problem damit, eine Art von Partikeln in andere Arten von Partikeln umzuwandeln (natürlich unter bestimmten Regeln), aber diese Art von Prozess impliziert nicht, dass die Ergebnisse tatsächlich die Eingabe bildeten. In keiner sinnvollen Weise ist ein Photon ein gebundener Zustand von Elektron und Positron, in keiner sinnvollen Weise ist ein Neutron ein gebundener Zustand von Protonen und Elektronen, und in keiner sinnvollen Weise ist ein Myon ein gebundener Zustand eines Elektrons und von Neutrinos. P. >

Beseitigung von Missverständnissen

Zunächst spreche ich einige Missverständnisse in Ihrer Frage an.

der Zerfall zeigt an, dass das Myon nur ein zusammengesetztes Teilchen sein kann

Die Tatsache, dass das Myon überhaupt zerfällt, ist kein Beweis dafür, dass es zusammengesetzt ist. Es ist verlockend zu sagen, dass ein Partikel $ A $ span> in $ B $ span> und $ C $ span>, dann muss es aus " $ B $ span> und " bestehen " $ C $ span>. Dies funktioniert jedoch nicht, da fast alle Partikel mehrere Zerfallskanäle haben. Beispielsweise kann Wasserstoff im Zustand $ 2s $ span> ein Photon freisetzen, um in den Zustand $ 1s $ span> zu gelangen , aber es kann dies auch selten tun, indem zwei Photonen freigesetzt werden. Als extremeres Beispiel kann Parapositronium vollständig vernichtet werden und sich in zwei Photonen verwandeln, aber es kann sich auch in vier verwandeln.

Wir denken an Teilchenzerfall als Kopplung von Quantenfeldern aneinander: Eine Anregung in einem Feld kann in Anregungen in anderen zerfallen. Wie Feynman es ausdrückte, existieren diese letzten Erregungen nicht "in" der ursprünglichen, genauso wenig wie das Wort "Katze" in dir herumspringt, weil du Energie aufwenden kannst, um es zu sagen.

Bis zu diesem Punkt scheinen Elektronen vielleicht doch nicht grundlegend zu sein: https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160404111559.htm

In diesem Artikel geht es um einige der seltsamen Arten, wie sich große Elektronensammlungen in Festkörpern kollektiv verhalten können, aber es hängt nicht davon ab, ob Elektronen selbst zusammengesetzt sind oder nicht. Es ist wichtig, dies beim Lesen von Pressemitteilungen zu berücksichtigen, da die Leute, die untersuchen, was Elektronen in Festkörpern tun, den resultierenden Phänomenen leider dieselben Namen geben wie die Teilchen, nach denen wir in Kollidern suchen, was zu großer Verwirrung in der Bevölkerung führt.

Beantwortung der Frage

In diesem Sinne haben Sie immer noch Recht, in dem Sinne, dass es völlig natürlich ist zu glauben, dass das Myon zusammengesetzt sein könnte. Wenn Sie beispielsweise in den 1950er Jahren Wissenschaftler wären, wäre das Myon nur ein weiteres Teilchen, das zusammen mit einem Zoo aus Mesonen und Hadronen entdeckt wurde. Heute wissen wir, dass alle dieser Mesonen und Hadronen sich als Komposite von Quarks herausstellten. Warum also nicht auch das Myon als zusammengesetzt betrachten?

In der Tat wurde in den frühen Tagen die Ähnlichkeit von Myon und Elektron als möglicher Beweis dafür angesehen, dass das Myon ein angeregter Zustand des Elektrons war, genau wie der $ 2s $ state ist ein angeregter Zustand von Wasserstoff. Wenn dies der Fall wäre, würde man erwarten, dass das Myon häufig zerfällt, indem ein Photon emittiert wird, $ \ mu \ zu e \ gamma $ span>, aber dies wurde gefunden nicht der Fall sein. Stattdessen dominieren die Zerfälle mit Neutrinos.

Nun könnten Sie sich fragen, warum das Myon nicht eine Zusammensetzung des an einige Neutrinos gebundenen Elektrons sein kann. Diese Idee funktioniert nicht, weil es keine Kraft gibt, von der wir wissen, dass sie den Job erledigen würde: Selbst in den 1950er Jahren war bekannt, dass Neutrinos extrem schwach interagierten. Es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Neutrino mit einem Elektron überhaupt interagiert, als wenn man im Lotto gewinnt. Daher ist es äußerst unwahrscheinlich, dass es gleichzeitig möglich ist, sie miteinander zu verbinden.

Eine weitere Schwierigkeit jeder zusammengesetzten Myonentheorie besteht darin, den Myon-G-Faktor zu erklären, der sein magnetisches Moment bestimmt. Von Elementarteilchen wird erwartet, dass sie $ g \ ca. 2 $ span> haben. Das zusammengesetzte Proton und Neutron verletzen dies mit einem guten Abstand, $$ g_p \ ca. 5,59, \ quad g_n \ ca. -3,82 $$ span> während das Elektron und Myon haben $$ g_e \ ca. 2.002, \ quad g_ \ mu \ ca. 2.002. $$ span> Dieses $ 0.002 $ span> ist auch kein Beweis für die Zusammensetzbarkeit, da es genau das ist, was Sie für ein perfekt elementares Teilchen erwarten würden, wenn Sie quantenfeldtheoretische Effekte einbeziehen. Tatsächlich wurden die Elektronen- und Myon $ g $ span> -Faktoren mit weitaus mehr Dezimalstellen gemessen, als ich gezeigt habe, und die Ergebnisse stimmen mit der Vorhersage des Standardmodells mit großartig überein Präzision. Um das Elektron-Myon-Komposit herzustellen, ohne diese Vereinbarung zu stören, scheint ein ernsthaft erfundenes Modell oder ein Wunder erforderlich zu sein.

Eine Meta-Schwierigkeit

Dies sind bereits große Schwierigkeiten, aber wenn Sie sich vorstellen, in den 1950er Jahren Wissenschaftler zu sein, hatte das Quarkmodell seine eigenen Probleme (wie die vollständige Nichtbeobachtbarkeit einzelner Quarks), aber es wurde aufgrund seiner Fähigkeit, große Mengen zu erklären, unterstützt Anzahl der Hadronen und Vorhersage neuer. Und heute betrachten die Menschen Theorien, in denen das Higgs-Boson zusammengesetzt ist, weil es ihm hilft, ihm eine angemessene Masse zu geben.

Die Meta-Schwierigkeit für das Myon besteht darin, dass es sich nur lohnt, zu versuchen, es zusammenzusetzen, wenn Sie eine gewisse Auszahlung erwarten, wie (1) die Vervollständigung eines theoretischen Bildes, (2) neue Vorhersagen oder (3) Wege um Größen (wie die Myonenmasse) zu berechnen, die wir sonst als Input nehmen müssen.

Der erste Grund trifft nicht zu, da das Myon bereits einen vollkommen guten Platz im Standardmodell hat: Es muss aufgrund der Familienstruktur der Theorie vorhanden sein, und diese Struktur ist starr genug, dass ohne das Myon, Das Standardmodell wäre aufgrund von Messanomalien mathematisch inkonsistent

Der zweite Grund trifft ebenfalls nicht zu. Es ist nicht so, dass eine Reihe seltsamer Teilchen herumliegen, die als weitere Komposite des Elektrons erklärt werden könnten. Und da wir die Eigenschaften des Myons mit exquisiter Präzision gemessen haben, wird nahezu jede Theorie der Myonenzusammensetzung "Vorhersagen" treffen, von denen wir bereits wissen, dass sie falsch sind! Man muss extrem hart arbeiten, um das zu vermeiden. (Zugegeben, der Myon $ g $ span> -Faktor scheint ein wenig vom vorhergesagten Wert abzuweichen, und dies erhält Aufmerksamkeit - es ist nur so, dass die Kompositität nicht die ist so etwas würde hier helfen.)

Der dritte Grund könnte möglicherweise zutreffen. Die Erklärung der Massen von Teilchen wie Elektronen und Myonen ist jedoch ein äußerst schwieriges Problem, selbst wenn Sie sie nicht als zusammengesetzt betrachten. Sicherlich würden sich die Köpfe drehen, wenn Sie eine einfache Theorie entwickeln würden, die das Myon-Elektronen-Massenverhältnis auf viele Dezimalstellen angibt, aber Jahrzehnte fehlgeschlagener Versuche haben dies unwahrscheinlich erscheinen lassen.

Wenn Sie diese Gründe einfach außer Acht lassen und ein erfundenes Modell erstellen, in dem das Myon zusammengesetzt ist, und alle beteiligten Konstanten genau auf die Werte abstimmen, die erforderlich sind, um alle Abweichungen vom Standardmodell zu verbergen, würde es "funktionieren" ... aber es wäre auch wissenschaftlich nutzlos.

Natürlich ist es auch durchaus möglich, dass sich Myonen als nicht elementar herausstellen, denn in der Wissenschaft ist es unmöglich, jemals ein Negativ zu beweisen!Diese Möglichkeit wird derzeit nicht aktiv untersucht.Aber es ist auch keine Häresie.Wenn in Zukunft ausreichend seltsame experimentelle Ergebnisse auftauchen würden, könnten die Wissenschaftler gleich wieder an zusammengesetzten Elektronen und Myonen basteln und ihr Bestes geben, um die Ergebnisse und das Universum zu verstehen.

Der beste Ort, um Beweise dafür zu finden, dass Zerfall nicht gleichbedeutend mit Komposition ist, ist die Partikelerstellung . Denn wenn Zerfall Kompositität bedeutet, müssten Sie für die Schöpfung die Bestandteile zusammenbringen.

Wenn Sie zwei Nukleonen mit ausreichend hoher Energie zusammenschlagen, kommt viel Müll heraus. Ein Teil dieses Mülls besteht aus Lepton-Partikel-Antiteilchen-Paaren, und viele von ihnen entstehen durch Wechselwirkungen wie $$ q + \ bar {q} \ bis l ^ - + l ^ + \ ,. $$ span> Dieser Prozess wird "Drell-Yan" genannt. Die Leptonen können Elektronen, Myonen oder Tauons sein. Das Erhalten von Myonen ist experimentell sehr nützlich, daher wird dieser Prozess manchmal als Sonde für die Struktur des Nukleonenmeeres verwendet. (Wenn Sie Protonen auf Protonen setzen, müssen die Anti-Quarks aus dem Meer kommen, da der Valenzgehalt ausschließlich aus Quark besteht.)

Wenn Sie eine Elektronen-Positronen-Maschine mit hoher Energie haben (d. h. den stillgelegten SLC oder LEP), können Sie dies auch tun $$ e ^ - + e ^ + \ bis l ^ - + l ^ + \ ,, $$ span> mit ähnlicher Mathematik.

Nun ist bei Energien sehr viel über $ 2m_ \ mu c ^ 2 $ span> die Rate für die Erzeugung von Elektronenpaaren und die für die Erzeugung von Myonenpaaren dieselbe Dies wäre nicht der Fall, wenn eines elementar und das andere zusammengesetzt wäre (wenn die Myonen zusammengesetzt wären, würde die Wahrscheinlichkeit, dass die richtigen Bits vorhanden sind, zur Produktionsrate beitragen, sodass die Rate niedriger wäre). Ferner stimmt die Rate mit den ab initio -Vorhersagen von QED für fundamentale Leptonen überein. Nehmen wir uns einen Moment Zeit, um daran zu erinnern, dass QED die beste Einzelübereinstimmung zwischen Theorie und Experiment in der Physik bietet (das g-2 des Elektrons).

Darüber hinaus gibt es viele andere interessante Vorhersagen von QED über Myonen (zum Beispiel das Myon g-2, das fast so gut zu Theorie und Experiment passt wie das für Elektronen).

Dies ist die Elementarteilchentabelle des Standardmodells der Teilchenphysik.

Bitte beachten Sie, dass nicht nur das Myon zerfällt, sondern auch das Tau und das Z, W und Higgs.

Sie werden als elementar bezeichnet, da sie die Bausteine ​​des Standardmodells sind. Aufbau aller anderen Partikel und Steuerung von Wechselwirkungen in der Mikrowelt, in denen die Quantenmechanik erforderlich ist, um das Verhalten von Partikeln mithilfe des Standardmodells zu berechnen und vorherzusagen.

Zerfälle sind kein eindeutiger Hinweis auf die Existenz einer Unterstruktur. Die Unterstruktur wird in Streuexperimenten untersucht, die mit den Standardmodellfunktionen ausgestattet sind. Die Elementarteilchen in der Tabelle werden als Punktteilchen bezeichnet, da sie als Hypothese des Modells keine Unterstruktur aufweisen und das Modell kontinuierlich validiert wird, dh nicht gefälscht wurde. Wie das von @Statics bereitgestellte Diagramm zeigt, gibt es einen Punktscheitelpunkt im schwachen Zerfall des Myons (wie auch des Tau und des Z und des W). Alle Partikel in der Tabelle werden als Punktpartikel betrachtet, wenn sie interagieren. Kein Platz für Bestandteile.

Stringtheorien zielen darauf ab, das Standardmodell zu erweitern, Elementarteilchen als Strings zu beschreiben, dies ist jedoch Gegenstand von Untersuchungen, und dennoch gibt es keine Bestandteile in der String-Darstellung eines Partikels.

Addition nach mehr Rückruf.

Wie wurde die Zusammensetzung des Atomkerns festgestellt? Durch das berühmte Rutherford-Experiment, das eine tiefe unelastische Streuung zeigte.

Dieselben Streuexperimente bei höheren Energien zeigten eine tiefe unelastische Streuung in den Protonen, was die Existenz von Quarks und Gluonen belegt.

In allgemeinen Streuexperimenten wurden die Formfaktoren der Ziele, die "Form" im Raum und der Energie- / Impulsraum der Ziele ermittelt, siehe Abbildung 11 hier. Dass Proton und Neutron keine Punktteilchen waren, wurde lange vor der Entdeckung des Quarkgehalts festgestellt, und Feynman hatte sein Partonenmodell vorgeschlagen, um die Daten zu modellieren. Experimente zeigten Abweichungen vom Parton-Modell, das die harte Streuung an Streuzentren durch die sogenannten hohen p_t-Daten feststellte.

Innerhalb des Energiebereichs unserer Experimente ist keine solche Struktur für das Elektron aufgetreten, sein Größenpunkt wie innerhalb von $ 10 ^ {- 18} $ Spannweite> Meter und seine Form sphärisch mit großer Genauigkeit..

Die Symmetrien im Standardmodell der Physik werden dann verwendet, um eine punktförmige Struktur für die Elementarteilchen in der Tabelle zu positionieren. Derzeit lässt der Erfolg des Standardmodells bei der Beschreibung der experimentellen Daten keinen Raum für die Zusammensetzung von Elementarteilchen. Wenn es existiert, müssen in unseren Experimenten viel höhere Energien erreicht werden, um es zu entdecken.

Das Myon ist kein zusammengesetztes Teilchen.Die Tatsache, dass es zerfallen kann, hängt mit einer schwachen Interaktion zusammen, die aufgrund der Existenz von $ W / Z $ span> -Bosonen möglich ist. Das Myon kann in Neutrino und Elektron zerfallen, da seine Ruhemasse größer ist als die eines Elektrons.Da es kein anderes geladenes Lepton mit einer Masse gibt, die niedriger als die eines Elektrons ist, kann das Elektron selbst in nichts zerfallen.

Aus all den Tausenden von Experimenten wissen wir, dass ein Myon fast die gleichen Eigenschaften wie ein Elektron hat und daher als Lepton betrachtet werden kann.Lepton ist kein zusammengesetztes Teilchen von irgendetwas, sie binden keine Neutrinos und Elektronen zusammen.Es ist keine Kraft bekannt, die solche Bindungen beschreiben würde.