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segunda-feira, agosto 31, 2009

Por que existem fermions?


A resposta fácil é que, se existissem apenas bósons, nós não estaríamos aqui para fazer a pergunta... Eu sempre tive a curiosidade de saber se o Princípio de Pauli pode ser deduzido de uma teoria mais profunda ou é um fato empírico sem justificativa teórica. Falar sobre funções de onda anti-simétricas para fermions não é uma explicação, mas apenas uma reformulação tautológica do princípio...

Experimental test of the Pauli Exclusion Principle

A short review is given of three experimental works on tests of the Pauli Exclusion Principle (PEP) in which the author has been involved during the last 10 years. In the first work a search for anomalous carbon atoms was done and a limit on the existence of such atoms was determined, $^{12}\tilde{\mathrm C}$ / $^{12}$C $<>
Comments:19 pages, 9 figures; talk at Workshop "Theoretical and experimental aspects on the spin-statistics connection and related symmetries" (Trieste, Italy, October 21-25, 2008)
Subjects:High Energy Physics - Experiment (hep-ex); Nuclear Experiment (nucl-ex)
Cite as:arXiv:0908.3795v1 [hep-ex]

15 comentários:

none disse...

Os oscilons não têm alguma coisa a ver com isso?

[]s,

Roberto Takata

none disse...

Pensando melhor, acho que o princípio fundamental da quântica na qual o princípio da exclusão de Pauli (cujas consequências são: Madre ...na não era são-...lina, mas gostava do ...nho da Viola e não sabia em que era Linus ...ng ou Wolfgang ...) é o mandamento quântico tirânico: "tudo o que não for proibido é obrigatório" (na versão democrática: "tudo o que não for proibido é permitido")

*Existem* férmions que não obedecem ao princípio da exclusão, nós os chamamos bósons. A *consequência* é que o spin é alterado em 1/2.

[]s,

Roberto Takata

Osame Kinouchi disse...

*Existem* férmions que não obedecem ao princípio da exclusão, nós os chamamos bósons. A *consequência* é que o spin é alterado em 1/2.

Meu lado Sheldon nao está entendendo a piada...

none disse...

Basicamente, existem férmions porque não há nada que impeça. A única consequência de haver férmions é que o spin deles é semi-integral.

[]s,

Roberto Takata

Osame Kinouchi disse...

Takata, existe algo que impeça fermions fundamentais com spin 3/2?
Existem fermions compostos e quasiparticulas com spin 3/2, mas sempre estão relacionadas com fermions de spin 1/2

Por outro lado, existem bosons com spin 0 (campos escalares, Higgs), 1 (fótons) e 2 (graviton)

E particulas fundamentais com spin 1/3? São proibidas? Cade a teoria?

POr outro lado, é possivel um universo apenas com bósons? Me parece que sim. Mas tais universos são desabitados...

none disse...

Não apenas os férmions de spins 3/2 estão relacionados como os de spin 1/2 como os bósons de spin 0, 1, 2 estão relacionados com os férmions de spin 1/2. E, mais, pela supersimetria deve haver ainda bósons escalares - férmions com spins integrais, erodindo de vez a diferenciação entre férmions e bósons. (Simetria quebrada - não se sabe como ou por quê - em algum ponto antes do tempo de Planck desde a origem do Universo observável.)

Spins são 1/2 e múltiplos pelo fato de, dada uma direção, só haver dois sentidos possíveis. É uma questão geométrica. Acoxambrada, muito acoxambrada, mas geométrica afinal.

Eu não diria que universos de "bósons" sejam desabitados. Pode haver criaturas bosônicas.

[]s,

Roberto Takata

Osame disse...

Sem fermions não tem Principio de Pauli e portanto não tem Química...
Não é possível fazer atomos com apenas bosons.

Com bosons, o maximo que temo são gases de bosons e condensados de Bose-Einstein.

none disse...

Não tem química como a conhecemos. Mas suponhamos que não haja química. A vida não precisa depender dela. Apenas uma forma específica. O que é importante mesmo é que haja - dentro da definição semiótica da vida - fluxo de informação. Comparando mal, um software pode ter sua apresentação específica dependente do meio material em que é considerado, mas sua "lógica" não - tanto é que podemos dispensar qualquer meio material e pensar apenas em termos de um computador universal de Turing.

(É por essas e outras que defendo o programa de pesquisa de reducionismo matemático abstrato da biologia.)

[]s,

Roberto Takata

Osame Kinouchi disse...

Takata,

Vida precisa de um minimo de complexidade. Um gas de bosons é praticamente um gaz ideal, e não dá para fazer qualquer estrutura com tais gases.

Vida "como conhecemos" é chavão da FC. Sem quimica não há estrelas, e não há sem vida. Como diria o Bento: Ponto Final!

Agora, se você me formular um conceito de vida a partir de uma coleção de particulas que não interagem (o gás ideal), então eu aceito o seu argumento. Acho que você ganhario o Nobel, também...

none disse...

Pode até ser chavão da FC, mas é um alerta honesto. Só conhecemos um tipo de vida (bem, conhecemos mais ou menos 1 milhão de espécies, mas tanto quanto sabemos, todas relacionadas entre si).

Quanto à complexidade, entre na parte do que não sabemos: quanto de complexidade é necessária? Alguns diriam que células são necessárias - e apenas por força de definição, os virusóides deixariam de ser vida e deixariam de ser "problema" para a questão da vida.

Admitindo-se, p.e., memes e vírus de computador no rol da "vida", passamos a ver que a química em si não é necessária. A complexidade é apenas "lógica", basta haver um fluxo de informação formando alças de retroalimentação - e pouco mais do que isso.

O próprio Freeman Dyson concebeu que poderia haver formas de vida como plasmas organizados. No plasma também não temos propriamente química, já que os elétrons estão desacoplados dos núcleos. São em muitos sentidos gases ideais. Então se alguém ganharia Nobel por uma formulação de vida a partir de gases ideais, seria Dyson.

Mas bósons interagem entre si. Fótons provocam interferência um no outro - interagem até consigo mesmo, como nos padrões da fenda dupla de Young. A computação fotônica e seus computadores ópticos mostram a viabilidade de processamento de informações com base na luz.

Então, yehiy 'or.

Na outra ponta da vida sem química, especularam um tipo de computação gravitacional com base em buracos negros.

[]s,

Roberto Takata

Osame Kinouchi disse...

Takata,

Na verdade, fotons interagem apenas consigo mesmo, não com outros fotons (a nao ser em altissima energia, mais isso mediado por eletrons virtuais, que sao fermions).

Plasmas são feitos de eletrons, que são fermions e não são gases perfeitos (tem interação forte entre as particulas, produzindo oscilações coletivas como plasmons).

Mesmo em um condensado de Bose Einstein, não é verdade que os bosons estão interagindo entre si.

Sem fermions, sem principio de Pauli, sem quarks, portanto sem nucleos ou ions, sem vida. Apenas um gaz de particulas que não interagem entre si...

Putz, e sem neutrinos também (são fermions)!

Um mundo apenas com boson de Higgs, fotons, W+- e Z_0. Que mundo seria esse? Um bom exercicio de imaginação.

Infelizmente, acho que o Z_0 e os Ws não interagem entre si na ausencia de quarks ou eletrons-positrons ou neutrinos virtuais.

Acho que minha tese é bem defensável. É um universo sem plasmas nem ions, praticamente sem particulas massivas. Um universo feito apenas de materia e energia.
escura.

Mas se você insiste que existem seres inteligentes feitos de materia escura e energia escura (anjos ou demonios), precisaria primeiro mostrar do que é feito a materia e energia escura, e se essas particulas interagem entre si (mas não vale serem fermions!).

É por isso que eu disse que você ganharia o Nobel! Eu não estava sendo sarcastico, mas sincero...

Sugestão de leitura (se você já não leu): O Discreto Charme das particulas elementares.

none disse...

No mínimo, fótons podem interagir entre si em interferência construtiva ou destrutiva em sua roupagem ondulatória.

Sobre plasmas eu disse: "são, em muitos sentidos, gases ideais". Não são gases ideais, que não existem. Mas apresentam muito do comportamento de gases ideais.

Mesmo um mar de fótons não seria exemplo de gases ideais.

E eu não disse que existem seres inteligentes de matéria escura ou mesmo de fótons e plasmas. Eu disse que *podem* existir seres em um mundo sem férmions e, de modo mais geral, seres em um mundo sem química e, mais genericamente ainda, seres do tipo diferente dos que conhecemos - o que é *muito* diferente: não tem compromisso com inteligência, nem com matéria ou energia escuras e nem se diz que existam.

A *possibilidade* depende basicamente apenas de:
1) Validade da definição semiótica da vida;
2) Existência de fluxo de informação em um mundo afermiônico;

(Obrigado pela sugestão. Ainda não li.)

[]s,

Roberto Takata

Osame Kinouchi disse...

Concordo com você:

"A *possibilidade* depende basicamente apenas de:
1) Validade da definição semiótica da vida;
2) Existência de fluxo de informação em um mundo afermiônico;"

Me parece que você esteja discutindo a possibilidade da existencia de Deus, deuses ou espíritos desencarnados, mas vá lá.
Espíritas modernos dizem que os corpos espirituais são feitos de neutrinos, mas neutrinos são fermions e voce quer algo mais fantastico, processamento de informação baseado em bosons (ou seja, campos energéticos puros, sem propriedades materiais).

Concordo com 1) mas não com 2). Para mim todo fluxo de informação necessita de uma base material.

Por matéria entendo... férmions!
O conceito de fermions é o herdeiro do conceito de materia do seculo XIX, tendo duas de suas propriedades:
- Impenetrabilidade = princípio de Pauli
- Indestrubilidade = atualizado para o conceito de conservação de numero fermionico, onde a criação ou aniquilação só pode se dar por pares de particulas-antiparticulas.

Então, acho que ainda você precisa de um argumento mais forte para defender 2). Com 1) eu concordo!
(Eu acredito na possibilidade de uma Mar de Solaris... ou em Gaia!)

Osame Kinouchi disse...

Algumas correções:

- Um mar de fotons é um gás ideal sim.
- Fotons só interagem consigo mesmo, no fenomeno da interferencia.
- Para que fotons diferentes interajam, é necessário um meio fermionico, seja um meio com propriedades oticas nao lineares, seja, para altissimas energias, em uma interação mediada por eletrons-positrons virtuais do vácuo quântico.

- Plasmas só são gases ideais no limite de baixas densidades. Na hora que apresentarem fenomenos coleticos (plasmons) que poderiam ser a base de um processamento de informação, deixam de ser gases ideais.

- Gás ideal é uma definição: um conjunto de particulas ou quasiparticulas que não interagem entre sim. Mas "sem interação" = "sem processamento de informação".

- OK, fotons e outros bosons podem ter emaranhamento quantico. Mas emaranhamento não transmite informação nem é considerado como um tipo de "interação" - emaranhamento é outra coisa.

Será que você andou lendo muito o "Quem Soms Nós?" Recomendo de novo qualquer livro de Fisica Estatistica, por exemplo o Reif ou o Salinas. Será que alguem conhece um livro de divulgação científica sobre fisica estatistica?

Supor que a informação precede a materia ("It from bit") é a versão moderna do idealismo filosofico do Bispo Berkeley.

Você é seguidor do Bispo? Ou está inventando o ateismo idealista?

none disse...

"Ou está inventando o ateismo idealista?"

Se eu estiver, será de modo involuntário. (Nota não tão necessária: sou anhóstico, não ateu.)

O fluxo de informação em um mundo afermiônico é dado desde que o universo esteja em expansão. Isso estabelece um desequilíbrio entrópico: se o mundo não está em entropia máxima, a segunda lei da termodinâmica nos garante que a entropia tenderá a aumentar com o tempo. Como entropia é o inverso da informação em vários sentidos, haverá fluxo de informação.

Mas mesmo em um universo que não esteja em expansão, podem ocorrer - por flutuação estatística - locais com maior concentração de informação (ou menor de entropia).

[]s,

Roberto Takata