¿W, Z y fotón tienen una estructura interna? Si no, ¿cómo pueden descomponerse en otras partículas?

A esa escala, todo es una ola. Estas cosas no son como bloques de lego, son más como las formas de onda que son estables.

O, relativamente estable. De vez en cuando pueden cambiar a algo diferente. Eso es decadencia.

La física no está en la etapa en la que pueda predecir con precisión qué tipos de partículas son estables a partir de los principios subyacentes. No está exactamente claro cuáles son las cosas subyacentes o cuáles son las reglas. Es por eso que los físicos tuvieron que gastar miles de millones para construir el Gran Colisionador de Hadrones: nadie podía calcular la masa / energía del bosón de Higgs. Tenían una idea de que debería haber algo y qué energía debería tener. Sus conjeturas eran en realidad bastante buenas, pero eran conjeturas.

No, no tienen estructura interna. Las partículas no necesitan tener una estructura interna para descomponerse. Tal vez estás imaginando una partícula como una bolsa que contiene cosas y una descomposición cuando la bolsa se rompe y deja salir esas cosas. Esta es la física cuántica, olvida cómo funciona el mundo cotidiano. El mundo cuántico funciona de formas nuevas y más abstractas. Algunas personas podrían pensar que la razón por la cual estas cosas se ven abstractas es porque realmente no las entendemos, tal vez sea cierto.

De todos modos, lo que entendemos es que las partículas son excitaciones de campos, como ondas en la superficie del agua (nuevamente, usando experiencias cotidianas, para tratar de entender el mundo cuántico). Puede tener cualquier transición de uno de estos estados a otro (con solo algunas restricciones), digamos un estado con un W + entrando en un estado con un electrón y un neutrino e + ve.

Lo que te dice si una transición dada ocurre o no es la estructura del Lagrangiano. El lagrangiano es, digamos, una fórmula (no estoy seguro de cuál es mi audiencia aquí y cuánto obtendrán de ella) que involucra los campos que representan partículas. El Modelo Lagrangiano Estándar es ampliamente aceptado como la aproximación más precisa al Lagrangiano de la verdadera naturaleza. Uno de los términos del lagrangiano se ve así:

[matemática] L =… + W ^ {+} e ^ {+} \ bar {\ nu} _ {e} +… [/ matemática]

lo que le dice que un W + se “acopla” a e + y v. Además, todos estos términos deben satisfacer la conservación de las cosas. Cosas como carga o energía. En este sentido, W + -> e + v puede ocurrir debido a ese término y ese término puede estar allí porque permite que se conserve la carga. El W + tiene carga +1, la carga de positrones +1 y el neutrino es neutral. Tienes otras leyes de conservación, momento angular, por ejemplo.

En cualquier caso, la conclusión es que X-> Y + Z siempre puede suceder siempre que el lagrangiano tenga el término correspondiente. Y no encontrará términos que violen las leyes de conservación. Sin embargo, supongo que es posible que falten términos que satisfagan todas las leyes de conservación.

Un fotón tiene estructura interna. El modelo EM no tiene sentido.
W Boson y presumiblemente Z tampoco son partículas. Son fases intermedias o reorganización de las piezas componentes en una transmutación. Probablemente la forma más fácil de describirlo es una máquina de lotería. Tiene un conjunto ordenado de bolas lanzadas en la máquina, al final se seleccionan y secuencian varias bolas. En el medio hay muchas bolas al azar golpeando por todo el lugar. Eso describe más o menos el W Boson.