Legea conservării numărului de lepton

Numărul de lepton este acel număr cuantic care, în interacțiunile dintre particule , caracterizează particulele elementare numite leptoni . Este definit de un număr întreg pozitiv în cazul unui lepton și un număr întreg negativ în cazul unui antilepton.

Fiecărui dublet de lepton i se atribuie apoi un număr de lepton diferit care trebuie păstrat în toate interacțiunile. Prin urmare, se face o distincție între:

numărul de electroni leptonici care este definit ca numărul total de electroni plus numărul de neutrini de electroni minus numărul de antiparticule ale acestora;
numărul de leptoni muoni care este definit ca numărul total de muoni plus numărul de neutrini muoni minus numărul antiparticulelor lor;
numărul lepton tau care este definit ca numărul total de particule tau plus numărul de neutrini tau minus numărul antiparticulelor lor.

Tabel rezumat

	$e^{-},{\nu }_{e}$ ${\ displaystyle e ^ {-}, {\ nu} _ {e}}$ $e ^ {-}, {\ nu} _ {{e}}$	$e^{+},{\overline {\nu }}_{e}$ ${\ displaystyle e ^ {+}, {\ overline {\ nu}} _ {e}}$ $e ^ {+}, {\ overline {\ nu}} _ {{e}}$	$\mu ^{-},\nu _{\mu }$ ${\ displaystyle \ mu ^ {-}, \ nu _ {\ mu}}$ $\ mu ^ {-}, \ nu _ {{\ mu}}$	$\mu ^{+},{\bar {\nu }}_{\mu }$ ${\ displaystyle \ mu ^ {+}, {\ bar {\ nu}} _ {\ mu}}$ $\ mu ^ {+}, {\ bar {\ nu}} _ {{\ mu}}$	$\tau ^{-},\nu _{\tau }$ ${\ displaystyle \ tau ^ {-}, \ nu _ {\ tau}}$ $\ tau ^ {-}, \ nu _ {{\ tau}}$	$\tau ^{+},{\bar {\nu }}_{\tau }$ ${\ displaystyle \ tau ^ {+}, {\ bar {\ nu}} _ {\ tau}}$ $\ tau ^ {+}, {\ bar {\ nu}} _ {{\ tau}}$
$L_{e}$ ${\ displaystyle L_ {e}}$ $}$	1	-1	0	0	0	0
$L_{\mu }$ ${\ displaystyle L _ {\ mu}}$ $L _ {{\ mu}}$	0	0	1	-1	0	0
$L_{\tau }$ ${\ displaystyle L _ {\ tau}}$ $L _ {{\ tau}}$	0	0	0	0	1	-1

Legea conservării numărului de lepton

Multe modele, inclusiv modelul standard , folosesc conservarea numărului total de leptoni , pentru a explica existența unor descompuneri și imposibilitatea posibilă a altora, care sunt permise energetic. De exemplu, în decădere beta

{\begin{matrix}&n&\rightarrow &p&+&e^{-}&+&{\overline {\nu }}_{e}\\L:&0&=&0&+&1&-&1\end{matrix}}

{\ displaystyle {\ begin {matrix} & n & \ rightarrow & p & + & e ^ {-} & + & {\ overline {\ nu}} _ {e} \\ L: & 0 & = & 0 & + & 1 & - & 1 \ end {matrix}}}

{\ displaystyle {\ begin {matrix} & n & \ rightarrow & p & + & e ^ {-} & + & {\ overline {\ nu}} _ {e} \\ L: & 0 & = & 0 & + & 1 & - & 1 \ end {matrix}}}

unde L este numărul total de lepton , care este zero, deoarece neutronul nu este un lepton, ci un barion , în timp ce printre produse există un proton ( n _l = 0), un electron ( n _l = 1) și un antineutrino ( n _l = -1), cu numărul total de lepton zero.

În general, atunci se observă că dezintegrările cunoscute păstrează, de asemenea, un număr familiar de leptoni , adică un număr total de leptoni care se referă la familiile de leptoni prezenți într-o anumită decădere (adică numărul leptonului: electronic, muon și tau). De exemplu, pentru canalul principal de descompunere a muonului, se observă că:

{\begin{matrix}&\mu ^{-}&\rightarrow &e^{-}&+&{\overline {\nu }}_{e}&+&\nu _{\mu }\\L:&1&=&1&-&1&+&1\\L_{e}:&0&=&1&-&1&+&0\\L_{\mu }:&1&=&0&+&0&+&1\\L_{\tau }:&0&=&0&+&0&+&0\end{matrix}}

{\ displaystyle {\ begin {matrix} & \ mu ^ {-} & \ rightarrow & e ^ {-} & + & {\ overline {\ nu}} _ {e} & + & \ nu _ {\ mu} \ \ L: & 1 & = & 1 & - & 1 & + & 1 \\ L_ {e}: & 0 & = & 1 & - & 1 & + & 0 \\ L _ {\ mu}: & 1 & = & 0 & + & 0 & + & 1 \\ L _ {\ tau}: & 0 & = & 0 & + & 0 & + & 0 \ end {matrix}}}

{\ displaystyle {\ begin {matrix} & \ mu ^ {-} & \ rightarrow & e ^ {-} & + & {\ overline {\ nu}} _ {e} & + & \ nu _ {\ mu} \ \ L: & 1 & = & 1 & - & 1 & + & 1 \\ L_ {e}: & 0 & = & 1 & - & 1 & + & 0 \\ L _ {\ mu}: & 1 & = & 0 & + & 0 & + & 1 \\ L _ {\ tau}: & 0 & = & 0 & + & 0 & + & 0 \ end {matrix}}}

adică se păstrează atât numărul electronic de lepton, cât și numărul muon și tau. Acest lucru sugerează existența unei legi de conservare pentru fiecare număr de lepton (electronic, muon și tau). În practică, sunt definite trei numere de lepton:

$L_{e}$ ${\ displaystyle L_ {e}}$ ${\ displaystyle L_ {e}}$ care este numărul de lepton electronic:

$L_{\mu }$ ${\ displaystyle L _ {\ mu}}$ ${\ displaystyle L _ {\ mu}}$ care este numărul leonului muon;

$L_{\tau }$ ${\ displaystyle L _ {\ tau}}$ ${\ displaystyle L _ {\ tau}}$ care este numărul leptonic al tau ( tau ).

Încălcări ale conservării numărului de lepton

În cadrul modelului standard, reacțiile care încalcă conservarea unuia dintre numerele de lepton sau numărul total de lepton (suma celor trei) sunt strict interzise.

Cu toate acestea, deoarece neutrinii nu sunt tocmai fără masă , sunt posibile încălcări ale conservării numerelor de leptoni: de fapt, neutrinii pot oscila , schimbând astfel familiile.

În cadrul altor modele, sunt posibile și alte tipuri de încălcare a numărului de lepton. Este posibil, în unele cazuri, ca numerele familiei de leptoni să nu fie conservate, deși legea conservării pentru numărul total de leptone rămâne valabilă: $L=L_{e}+L_{\mu }+L_{\tau }$ ${\ displaystyle L = L_ {e} + L _ {\ mu} + L _ {\ tau}}$ ${\ displaystyle L = L_ {e} + L _ {\ mu} + L _ {\ tau}}$ . Un exemplu de acest tip este următoarea decădere:

{\begin{matrix}&\mu ^{-}&\rightarrow &e^{-}&+&\nu _{e}&+&{\overline {\nu }}_{\mu }\\L:&1&=&1&+&1&-&1\\L_{e}:&0&\neq &1&+&1&+&0\\L_{\mu }:&1&\neq &0&+&0&-&1\end{matrix}}

{\ displaystyle {\ begin {matrix} & \ mu ^ {-} & \ rightarrow & e ^ {-} & + & \ nu _ {e} & + & {\ overline {\ nu}} _ {\ mu} \ \ L: & 1 & = & 1 & + & 1 & - & 1 \\ L_ {e}: & 0 & \ neq & 1 & + & 1 & + & 0 \\ L _ {\ mu}: & 1 & \ neq & 0 & + & 0 & - & 1 \ end {matrix}}}

{\ displaystyle {\ begin {matrix} & \ mu ^ {-} & \ rightarrow & e ^ {-} & + & \ nu _ {e} & + & {\ overline {\ nu}} _ {\ mu} \ \ L: & 1 & = & 1 & + & 1 & - & 1 \\ L_ {e}: & 0 & \ neq & 1 & + & 1 & + & 0 \\ L _ {\ mu}: & 1 & \ neq & 0 & + & 0 & - & 1 \ end {matrix}}}

După cum se poate vedea, atât numerele electronice, cât și numerele de muoni nu sunt conservate, în timp ce numărul total este. În cadrul modelelor care prezic aceste fenomene, sunt utilizate adesea alte numere cuantice conservate, de exemplu modelul Pati-Salam folosește diferența dintre numărul barion și numărul lepton.

Trebuie spus că, în afară de oscilațiile neutrinilor , nu a fost observat niciun alt fenomen de încălcare a conservării numărului de leptoni.

Numărul BL

În fizica energiilor ridicate, BL (pronunțat „bi less elle”) este numărul barionului minus numărul leptonului . Acest număr cuantic este responsabil pentru o simetrie globală a grupului U (1) în unele modele ale teoriilor întregului . Spre deosebire de numărul barionic singur sau de numărul lepton , această simetrie ipotetică nu este întreruptă de nicio anomalie chirală sau anomalie gravitațională , prin urmare această simetrie este globală și acest lucru justifică de ce această simetrie este adesea invocată. Dacă există o simetrie BL, aceasta trebuie spartă spontan pentru a da o masă diferită de zero neutrinilor dacă se presupune validitatea mecanismului oscilant.

Anomaliile care întrerup conservarea numărului de barion și conservarea numărului de lepton sunt șterse automat, astfel încât BL să fie păstrat. Un exemplu este dezintegrarea protonului în care un proton (B = 1, L = 0) se descompune într-un pion (B = 0, L = 0) și un pozitron (B = 0, L = - 1).

R-paritate

R-paritatea este un concept de fizică a particulelor și fizică teoretică . În extensia supersimetrică a modelului standard , numărul barionului și numărul leptonului nu mai sunt conservate de toate cuplajele într-o teorie renormalizabilă. R-paritatea este o simetrie de grup $Z_{2}$ ${\ displaystyle Z_ {2}}$ $Z_2$ acționând în modelul standard supersimetric minim (MSSM) și această paritate poate fi definită ca:

R = (-1) ^{2j + 3B + L.}

unde: j este rotirea , B este numărul barionului și L numărul lepton . Fiecare particulă a modelului standard are paritate R egală cu +1, în timp ce paritatea R a partenerului supersimetric are paritate R -1 ^[1] .

Decăderea protonului

Decăderea protonului este un fenomen de descompunere a particulei de protoni , neobservat încă, dar prezis de unele modele teoretice ale teoriei marii unificări care sunt un subiect de dezbatere în rândul fizicienilor teoretici .

Conform cunoștințelor actuale despre fizica particulelor, protonul este o particulă stabilă. Aceasta înseamnă că nu se descompune în alte particule. Acest lucru se datorează conservării numărului de barioni în procesele elementare. De fapt, cel mai ușor barion este protonul în sine. Cu toate acestea, multe modele teoretice ale marii unificări (GUT) prevăd procese de non-conservare a numărului barionic, inclusiv decăderea protonului. De exemplu, unul dintre cele mai studiate canale de degradare este următorul:

p → e ⁺ + π ⁰

cu o limită inferioară pentru viața medie parțială egală cu 1,6 × 10 ³³ ani .

Notă

^ R-parity Violating Supersymmetry de R.Barbier, C. Berat, M.Besancon, M.Chemtob, A.Deandrea, E.Dudas, P.Fayet, S.Lavignac, G.Moreau, E.Perez și Y. Sirois.

Bibliografie

Griffiths, David J., Introducere în particulele elementare , Wiley, John & Sons, Inc, 1987, ISBN 0-471-60386-4 .
Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph, Modern Physics (ediția a IV-a) , WH Freeman, 2002, ISBN 0-7167-4345-0 .
Michael E. Peskin, Daniel V. Schroeder,An Introduction to Quantum Field Theory , Addison-Wesley, 1995, ISBN 0-201-50397-2 .

Elemente conexe

Portal cuantic : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de cuantică

[1] R-parity Violating Supersymmetry de R.Barbier, C. Berat, M.Besancon, M.Chemtob, A.Deandrea, E.Dudas, P.Fayet, S.Lavignac, G.Moreau, E.Perez și Y. Sirois.

[1]