Il tuo amico ha ragione: esiste un solo tipo di protone.

Il protone è il barione più leggero. Ha addebitato $ + 1 $, spin $ 1/2 $ e numero barione $ + 1 $.

Questi tre numeri quantici sono così fondamentali che se provi a cambiarli, il risultato non sarà un protone. Ad esempio, se cambi la carica in $ 0 $, ottieni il neutrone, e se cambi lo spin in $ 3/2 $, ottieni il $ \ Delta ^ + $ barione. Se modifichi il numero barione in $ -1 $ (e cambi anche il giro in $ 3/2 $), puoi ottenere un anti - $ \ Delta ^ - $ barione.

Potremmo chiamare tutte queste particelle stati eccitati del protone, ma questo non sarebbe utile, perché si comportano in modo così diverso: i diversi numeri quantici cambiano drasticamente i processi a cui possono partecipare. Ad esempio, $ \ Delta ^ + $ può decadere in pioni e nucleoni, e l'anti - $ \ Delta ^ - $ può annientarsi con materia normale e così via.

Forse la caratteristica più importante è che il protone è stabile, perché non c'è niente di più leggero in cui decadere. Questa è una proprietà estremamente importante (è il motivo per cui i protoni sono nei nuclei invece di, diciamo, $ \ Delta $ barioni) e nessuno degli altri barioni sopra la condivide, quindi ha senso lasciare che "protone" denoti l'unico più leggero e stabile barione.

Il caso dell'elettrone è più semplice. È una particella fondamentale, quindi non può avere stati eccitati per definizione. La cosa più vicina all'elettrone è un muone, ma quella particella è così diversa che non è in alcun modo un "diverso tipo di elettrone", come mostro qui.

È un fatto sperimentale che tutti gli elettroni e anche tutti i protoni (ma questo spesso si applica anche a nuclei, atomi e persino molecole) sono indistinguibili l'uno dall'altro, cioè entrambi sono identici particelle.

Immagina di eseguire il seguente esperimento: prendi due oggetti A e B, esegui tutte le misurazioni che vuoi su di essi, li metti in una "scatola nera", scuoti la scatola e poi li estrai. A questo punto, vuoi essere in grado di dire quale oggetto è A e quale è B.

Diciamo che A e B sono due ... mele. Puoi quindi misurare la loro massa, il loro volume, fotografarli ecc .: otterrai risultati diversi (tenendo conto degli errori sperimentali). Pertanto, l'unica cosa che devi fare è prendere nota di questi risultati e sarai in grado di dire quale è A e quale è B.

Tuttavia, se provi a fare la stessa cosa con due elettroni, scoprirai che tutte le quantità che puoi misurare (massa, carica, spin ecc.) sono identiche all'interno dell'errore sperimentale . Pertanto, non sarai in grado di distinguere un elettrone dall'altro.

Questo è un fatto sperimentale e per quanto ne so non c'è una ragione teorica per cui dovrebbe essere così. Forse un giorno saremo in grado di eseguire misurazioni più precise e scopriremo che le cariche elettroniche sono in realtà leggermente diverse l'una dall'altra!

PS Vorrei sottolineare che è inutile dire che i protoni sono identici perché sono fatti di quark identici, perché questo sposta solo il problema da protone a quark (potremmo quindi chiederci "perché sono tutti i quark identici?" ).

La chiave della risposta è l'osservazione.Abbiamo già osservato molte cose piccole ed enormi interagire tra loro.

La risposta non scientifica sarebbe: potrebbero esserci una moltitudine di sottotipi di un protone, ma semplicemente non abbiamo ancora inventato gli esperimenti che mostrano queste sottili differenze.

La risposta scientifica di S è NO.Secondo il rasoio di Occam, se abbiamo trovato una particella che interagisce allo stesso modo, sempre e in ogni esperimento, allora possiamo tranquillamente chiamarla semplicemente protone.Questo è tutto.Periodo.Il metodo scientifico consiste nell'usare sempre la teoria più semplice .Se stai usando una teoria più complicata, personalmente la chiamo "metodo non scientifico".Non significa che tu abbia necessariamente torto;ma sicuramente la tua teoria manca di eleganza.L'argomento classico è la storia di Carl Sagan " Il drago nel mio garage".

Quasi nessuna delle altre risposte, per quanto buone, include un riferimento a versioni più massicce dei quark e degli elettroni.

Teoricamente, potrebbero esserci diversi tipi di protoni ed elettroni?

Di seguito è riportato un diagramma del modello standard, di cui, imo, anche il post chiede implicitamente. Il grafico esclude gli anti-protoni (in realtà anti-quark) e anti-elettroni, che esistono con cariche elettriche opposte ai loro "gemelli" di materia altrimenti ordinaria.

Su e giù sono le varietà di quark più leggere. Un po 'più pesanti sono una seconda coppia di quark, fascino (c) e strano (s), con cariche rispettivamente di + 2 / 3e e −1 / 3e. Una terza coppia di quark, ancora più pesante, è composta da top e bottom, sempre con cariche rispettivamente di + 2 / 3e e −1 / 3e.

Questi quark più pesanti ei loro antiquark si combinano con i quark up e down e tra loro per produrre una gamma di adroni, ognuno dei quali è più pesante del protone di base. Ad esempio, la particella chiamata $ \ lambda $ è un barione costruito da quark u, d e s; quindi, è similiar al neutrone ma con un quark d sostituito da un quark s.

Il protone è formato da due quark up e un quark down. Ma una particella composta dai quark superiore e inferiore, che sarebbe l'analogo di un protone, nella terza generazione di quark, non può essere formata. Il motivo è che il quark superiore è così pesante che decade in un quark inferiore per interazioni deboli molto più rapidamente di quanto possa formare una particella simile a un protone (anche di durata estremamente breve).

All'inizio potrebbe non essere saltato fuori, quando guardi questo elenco, ma ci sono altre 2 versioni dell'elettrone e altre 2 versioni di ogni quark.Il motivo per cui non li vediamo nella vita ordinaria è perché sono più massicci dei quark e degli elettroni standard, quindi quando sono prodotti in collisioni ad alta energia come all'LHC, decadono rapidamente (cioè hanno untutta la vita).Le particelle a vita extra breve sono il muone e il tau, mentre i quark extra sono lo strano, il fascino, la parte superiore e la parte inferiore.

Mele è una categoria. Anche Particelle è una categoria. Golden Delicious e Pink Lady sono tipi di elementi unici specifici in questa categoria di Mela . Se una Pink Lady fosse diversa, l'avremmo chiamata qualcos'altro. Il nome Pink Lady è molto più stretto e viene dato solo alle mele con quelle caratteristiche esatte.

Protoni , elettroni ecc. sono tipi unici di elementi nella categoria Particelle . La caratteristica unica di protoni è given il nome o defined come "protoni".

Se le caratteristiche fossero diverse, avrebbe ottenuto un altro nome. Forse ancora nella categoria Particles , ma diverso dal protone poiché abbiamo definito solo un insieme molto specifico di caratteristiche da chiamare protoni .

Non essere confuso sul fatto che "sia solo un tipo" di qualcosa. Ciò significa solo che il nome / termine specifico di cui stai parlando, come il protone, è definito in modo molto specifico / univoco.

Un protone è composto da 2 quark up e 1 quark down.Questi quark devono essere uno di ciascuno dei colori della cromodinamica quantistica (rosso, verde o blu).Questo porta a una carica costante su tutti i protoni che sono stati osservati.Quindi, a partire da quel punto, quale caratteristica di un protone suggeriresti di modificarlo e chiamarlo ancora protone?E che dire di quella particella agirebbe ancora per lo più come un protone sufficientemente da essere chiamato un tipo di protone, con qualche leggera variazione nella fisica risultante?

Sfortunatamente, nell'attuale modello standard, non c'è nulla che indichi che esistono diversi tipi di protoni.

Una particella elementare è definita da numeri quantici.Se due particelle hanno numeri quantici identici significa che non ci sono caratteristiche distintive che separano l'una dall'altra.Ciò significa che la carica elettrica è la stessa, il numero di isospin lo stesso, le altre cariche di gauge (colore ecc.) Sono le stesse e l'autovalore di massa più complicato è lo stesso.

Immaginiamo una situazione in cui potrebbero esserci due diversi tipi di protoni e vediamo in modo informale dove questo ci porta.Nel multiverso abbiamo differenti cosmologie con differenti campi di gauge interni e struttura delle particelle.Consideriamo una presunta cosmologia con le stesse particelle elementari.Tuttavia, poiché le cariche di gauge e il resto sono diversi un protone, o davvero quark, ecc. E forse i leptoni come gli elettroni hanno masse diverse.In una situazione multiverso potremmo essere tentati di dire che ci sono protoni diversi!

Mi piace l'idea originale di Feynman dell'integrale del percorso, che è che un elettrone si trova su un percorso che zig-zag e ronza sia attraverso lo spazio che avanti e indietro nel tempo. Ciò significa che tutti gli elettroni e i positroni sono la stessa particella! Fondamentalmente c'è un solo elettrone nell'intero universo. Potremmo pensare alla vasta molteplicità di elettroni come se fosse stata congelata dal verificarsi dell'orizzonte delle particelle cosmiche, e l'apparizione di molti di essi è una sorta di illusione olografica. Nel caso del multiverso avremmo quindi qualsiasi stato di particella che sfreccia tra le diverse cosmologie, e quindi protoni diversi in altri universi sono lo stesso protone dei protoni qui. Potremmo pensare che le particelle in altre cosmologie abbiano una massa rinormalizzata, proprio come un elettrone ha una rinormalizzazione di massa se passa attraverso un cristallo di materia condensata. Il diverso vuoto di mondi diversi sarebbe analogo al mettere l'elettrone in cristalli che rinormalizzano la massa dell'elettrone. Quindi potremmo avere difficoltà ad affermare con certezza, almeno fino a quando la teoria e, meglio ancora, la misurazione falsificheranno questa idea di Feynman, che i protoni possono in qualche modo essere diversi.

Nell'ambiente multiverso abbiamo anche il problema di non essere mai in grado di entrare in un'altra cosmologia e fare questo confronto. Forse nell'impostazione di Susskind et al ER = EPR il confronto può essere fatto all'interno di un buco nero. lì un buco nero è una sorta di wormhole non attraversabile con il ponte Einstein-Rosen che collega due mondi diversi. Susskind si spinge oltre per collegarlo a molti mondi in una sorta di "polpo" wormhole, come a volte lo chiama.

In QM c'è indistinguibilità di particelle con statistiche bosoniche e fermioniche che vanno di pari passo con questo. Direi quindi che fino a prova contraria questo è abbastanza fondamentale.

Ci sono due modi per distinguere le particelle: puoi misurare una differenza nelle proprietà fisiche intrinseche delle particelle, ad esempio la massa, o tracciare la traiettoria di ciascuna particella con una precisione infinita.

Poiché un protone è sempre formato da un quark d e due quark u, ogni protone ha la stessa massa, carica e spin.L'altra possibilità è contraddetta dalla meccanica quantistica, in particolare dal principio di indeterminazione di Heisenberg.

Sembra che il tuo amico abbia ragione, allora.Infatti, poiché non puoi distinguere i protoni, è possibile dire che ogni singolo protone nell'universo è lo stesso!

tu stai semplicemente discutendo di semantica. il tuo amico ha ragione perché non c'è modo di distinguere un protone da un altro. hai ragione perché un giorno potremmo trovare un modo per distinguere un protone da un altro. sembra che voi due stiate discutendo su quali parole useremmo per i due diversi tipi di protoni che un giorno potremmo distinguere.

potremmo chiamarli entrambi protoni (ad esempio "questo è un protone di tipo 1 e questo è un protone di tipo 2"). oppure potremmo inventare un nuovo nome per uno di loro (ad esempio "questo è un protone e questo è un Experton, che è esattamente come un protone tranne ..."). il modo in cui si evolve il linguaggio probabilmente ha a che fare con quanto siano comuni i due diversi tipi di protoni. se tutti i protoni sulla terra sono protoni di tipo 1, allora probabilmente daremo un nuovo nome ai protoni di tipo 2, ma se la terra ha protoni di tipo 1 e di tipo 2 in quantità uguali, allora probabilmente saranno ancora entrambi chiamati protoni. si potrebbe dire che quando abbiamo scoperto gli antiprotoni, abbiamo dovuto fare questa scelta esatta. sembra che abbiamo scelto di dare alle particelle un nuovo nome perché tutti i protoni sulla terra sono di tipo 1 (protoni), non di tipo 2 (antiprotoni).

Esistono infatti 2 tipi di protoni: protoni e anti-protoni. Interagiscono e si comportano esattamente allo stesso modo e sono completamente indistinguibili l'uno dall'altro.Tuttavia si annienteranno reciprocamente al contatto.

Oltre a questo, fare riferimento alle altre risposte qui.Se una particella assomiglia a un protone, agisce come un protone, reagisce come un protone, allora è un protone. Se hai una particella che condivide alcune somiglianze con un protone (ad esempio un Adrone stabile precedentemente sconosciuto che ha una carica positiva);ma è diverso in qualche modo: massa, quantità di carica, ecc ... beh, allora non sarà chiamato protone, sarebbe chiamato qualcos'altro.

Credo che tu stia discutendo semantics. Per chiarire questo punto, supponiamo che ci siano solo 200 tipi di "particelle", ciascuna con un insieme di proprietà unique. Una volta assegnato a ciascuno un nome, non ci può essere più "la stessa cosa" con un nome diverso.Ad esempio, diciamo che il numero 12 in questa lista lo chiamiamo "elettrone" e il numero 125 lo chiamiamo "protone" quindi, qualsiasi particella che soddisfa le proprietà di # 13 deve essere un elettrone, e quelle che soddisfano le proprietà di #125 deve essere protoni.Poiché ci sono solo 200 particelle, se una data particella non ha le proprietà di un elettrone (12) o di un protone (125), allora deve soddisfare le proprietà di qualche altra particella nell'elenco (neutroni, positroni, ecc..).