Smak (partikkelfysikk)

I følge standardmodellen for partikkelfysikk er smak egenskapen som skiller hver av de seks kvarkene : u ( opp ), d ( ned ), s ( merkelig ), c ( sjarm , fortryllet), b ( bunn , bunn) og t ( topp , topp ).

I moderne terminologi sies det at kvarker kommer i seks smaker , som hver kan ha en av tre farger . På denne måten blir kvarkene totalt 18.

Definisjon

Smaken er et kvantenummer av elementærpartiklene relatert til deres svake interaksjon . I den elektrosvake modellen er denne symmetrien figurativ og smaksendringsprosesser eksisterer. I kvantekromodynamikk , derimot, er smak en global symmetri.

Hvis du har to eller flere partikler som har identiske interaksjoner, kan du bytte dem uten å påvirke deres fysiske egenskaper. Enhver (kompleks) lineær kombinasjon av disse to partiklene har de samme fysiske egenskapene, så lenge ortogonaliteten eller perpendikulæriteten mellom dem opprettholdes. Med andre ord har teorien symmetritransformasjoner som , hvor og er to felt og er en hvilken som helst enhetlig matrise med en enhetlig determinant . $M\left({u \atop d}\right)$ $eller$ $d$ $M$ $2\ ganger 2$

Denne symmetrien er global for sterke interaksjoner og målt for svake interaksjoner .

Begrepet "smak" ble laget for bruk i kvarkmodellen av hadroner i 1968 . Dette navnet på settet med kvantetall som relaterer til isospin , hyperladning og merkelighet sies å ha blitt funnet på vei til lunsj av Murray Gell-Mann og Harald Fritzsch da de passerte en Baskin Robbins iskrembutikk og så en annonse for deres 31 smaker.. [ referanse nødvendig ]

Smaksatte kvantetall

Leptoner

Alle leptoner har et leptonnummer L = 1 . I tillegg har leptoner svake isospiner , tz , som er -1/2 for de tre ladede leptonene (f.eks. e, μ og τ) og 1/2 for de tre assosierte nøytrinoene . Hver nøytrino og ladet lepton dublett med motsatt T z sies å utgjøre en generasjon leptoner. I tillegg er et kvantenummer kalt den svake hyperladningen Y W definert, som er -1 for ladningen til et lepton og +1 for nøytrinoer. Svak isospin og svak hyperladning er beregnet ( gaugedo ) i standardmodellen .

Leptoner kan tildele 6 kvantenummer med smak : elektronnummer, myonnummer, tau-nummer og de tilsvarende nøytrinotallene. Derfor er ikke et slikt smakskvantenummer til stor nytte. Et kvantenummer for hver generasjon er veldig nyttig. Imidlertid kan nøytrinoer fra ulike generasjoner blandes; det vil si at en nøytrino av en smak kan forvandles til en annen smak . Styrken til slike blandinger er spesifisert av matrisen som kalles MNS-matrisen .

Quarks

Alle kvarker har et baryonnummer B = ⅓ . Videre har de svake isospins Tz = ±½ . de positive Tz - partiklene kalles opp-type kvarker og de de holder kalles down-type kvarker . Hver dublett av opp- og nedkvarker utgjør en generasjon av kvarker.

Kvarker har følgende smakskvantetall -

Isospin har Iz = ½ for opp - kvarker og Iz = −½ for ned -kvarker .
Strangeness ( S ) – et kvantetall introdusert av Murray Gell-Mann . Den merkelige antikvarken er definert til å ha +1 merkelighet for sjarmkvarken . Dette er en kvark av duntype.
Charm (C) er tallet som er +1 for sjarmkvarken. Dette er en opp-type kvark.
Det nederste (også kalt pen) kvantenummer , B' : som er +1 for en bunnantikvark av bunntypen.
Det øverste (også kalt sant) kvantenummer T : +1 for toppkvarker av topptype.

Dette er nyttige kvantetall siden de betraktes av elektromagnetiske og sterke krefter. Av disse kan man bygge avledede kvantetall

Hyperbelastning : Y = B+S+C+B'+T
Elektrisk ladning : Q = I z +Y/2 .

En kvark med en gitt smak er en egentilstand til den svakt samvirkende delen av en Hamiltonian : den vil samhandle på en bestemt måte med W + , W− og Z bosonene . På den annen side er en fermion av en gitt masse (en egentilstand av kinetikken og del av en Hamiltonian av den sterke interaksjonen) normalt en superposisjon av flere smaker. Som et resultat kan smaken i en kvantetilstand endre seg når den sprer seg fritt. Transformasjonen fra smak til kvarkbasert masse er gitt av den såkalte Cabibbo-Kobayashi-Maskawa- matrisen ( CKM-matrisen ). Per definisjon definerer matrisen styrken til en smaksendring under det svake samspillet mellom kvarker. CKM-arrayen tillater CP-brudd hvis det er minst tre generasjoner.

Antipartikler og hadroner

Smakskvantetall er additive. Så antipartiklene har en smak som er lik partiklene, men med motsatt fortegn. Hadroner får smakskvantetallet fra valenskvarken : dette er grunnlaget for klassifiseringen i kvarkmodellen . Forholdet mellom hyperladning, elektrisk ladning og andre smakskvantetall gjelder for hadroner så vel som for kvarker.

Kvantekromodynamikk

(Smakssymmetri er nært beslektet med kiral symmetri . Denne delen av artikkelen er best akkompagnert av å lese kiralitetsartikkelen .)

Kvantekromodynamikk ( QCD ) inneholder seks smaker av kvarker . Imidlertid er massene deres forskjellige. Som et resultat er de ikke strengt utskiftbare med hverandre. To av smakene, kalt opp og ned , er nær ved å ha like masser, og to-kvark-teorien har omtrentlig SU(2)-symmetri. Under noen omstendigheter kan man ta Nf -smaker for å ha de samme massene og oppnå en effektiv SU( Nf ) -smakssymmetri .

Under noen omstendigheter kan massen av kvarkene bli fullstendig neglisjert. I så fall har hver kvarksmak en kiral symmetri . Man kan da gjøre smakstransformasjoner uavhengig av høyre eller venstre deler av hvert kvarkfelt. Smakgruppen er da en kiral gruppe . $SU_{L}(N_{f})\ ganger SU_{R}(N_{f})$

Hvis alle kvarker har samme masse, brytes denne kirale symmetrien til en vektorsymmetri av en diagonal smaksgruppe som gjelder for samme transformasjon av begge kvarkhelikitetene . En symmetrireduksjon kalles eksplisitt symmetribrudd . Mengden av eksplisitt symmetribrudd styres av massen til de faktiske kvarkene i QCD.

HVIS kvarker er masseløse, kan den kirale symmetrien til smaken brytes spontant hvis vakuumet i teorien av en eller annen grunn inneholder et kiralt kondensat (som det gjør ved små energier i QCD). Dette gir opphav til en effektiv masse av kvarkene, vanligvis identifisert med valenskvarkmassen i QCD.

QCD symmetrier

Analyse av eksperimenter indikerer at de faktiske massene til lettsmakkvarkene er mye mindre enn QCD-skalaen, Λ QCD , så den kirale smakssymmetrien er en god tilnærming til kvantekromodynamikken for opp-, ned- og merkelige kvarker. Suksessen til en kiral forstyrrelsesteori og kirale modeller hviler på dette faktum. Massene til valenskvarkene hentet fra kvarkmodellen er mye større enn de faktiske kvarkmassene. Dette indikerer at QCD har spontan chiral symmetrisk spaltning med dannelse av chirale kondensater . Andre faser av QCD kan bryte den chirale symmetrien til smaken på andre måter.

Bevaringslover

Smakkvantetallene som er absolutt bevart er:

den elektriske ladningen Q
forskjellen mellom baryontallet og leptontallet : BL

Alle andre smakskvantetall brytes av den elektrosvake interaksjonen . Baryonnummer og leptonnummer brytes separat i den svake interaksjonen gjennom den kirale anomalien . Sterke interaksjoner bevarer alle smaker.