Leptonovo číslo - Lepton number

Chuť ve fyzice částic
Ochuťte kvantová čísla
Isospin : Já nebo já 3 Kouzlo : C. Podivnost : S. Topness : T Dolnost : B '
Související kvantová čísla
Baryonovo číslo : B Leptonovo číslo : L Slabý isospin : T nebo T 3 Elektrický náboj : Q X-náboj : X
Kombinace
Hypernáboj : Y Y = ( B + S + C + B ' + T ) Y = 2 ( Q - I 3 ) Slabý hypernáboj : Y W Y W = 2 ( Q - T 3 ) X + 2 Y W = 5 ( B - L )
Míchání chutí
CKM matice PMNS matice Komplementarita chuti
proti t E

Ve fyzice částic je leptonové číslo (historicky také nazývané leptonový náboj ) konzervované kvantové číslo představující rozdíl mezi počtem leptonů a počtem antileptonů v reakci elementárních částic. Leptonovo číslo je aditivní kvantové číslo , takže jeho součet je zachován v interakcích (na rozdíl od multiplikativních kvantových čísel, jako je parita, kde je místo toho zachován produkt). Matematicky je leptonové číslo definováno ${\ displaystyle ~ L ~}$

${\ Displaystyle ~ L = n _ {\ ell} -n _ {\ overline {\ ell}} ~,}$

kde

• ${\ displaystyle ~ n _ {\ ell} \ quad}$je počet leptonů a
• ${\ displaystyle ~ n _ {\ overline {\ ell}} \ quad}$je počet antileptonů .

Leptonovo číslo bylo zavedeno v roce 1953 za účelem vysvětlení absence reakcí jako např

ν
+
n
→
p
+
E^-

v experimentu Cowan – Reines neutrino , který místo toho pozoroval

ν
+
p
→
n
+
E⁺

Tento proces, inverzní rozpad beta , zachovává leptonové číslo, protože příchozí antineutrino má leptonové číslo -1, zatímco odcházející pozitron (antielektron) má také leptonové číslo -1.

Lepton zachování chuti

Kromě čísla leptonu jsou čísla rodiny leptonů definována jako

${\ Displaystyle ~ L _ {\ mathrm {e}} ~~}$počet elektronů , pro elektron a elektronové neutrino ;

${\ Displaystyle ~ L _ {\ mathrm {\ mu}} ~~}$mionové číslo pro mion a mionové neutrino ; a

${\ Displaystyle ~ L _ {\ mathrm {\ tau}} ~~}$tau číslo, pro tauon a tau neutrino .

Prominentními příklady zachování leptonové chuti jsou mionické rozpady

μ^-
→
E^-
+
ν
_E +
ν
_μ

a

μ⁺
→
E⁺
+
ν
_E +
ν
_μ

V těchto rozpadových reakcích je vytvoření elektronu doprovázeno vytvořením elektronového antineutrina a vytvoření pozitronu je doprovázeno vytvořením elektronového neutrina. Stejně tak rozpadající se negativní mion má za následek vytvoření mionového neutrina , zatímco rozpadající se kladný mion má za následek vytvoření mionového antineutrina .

Nakonec slabý rozpad leptonu na lepton s nižší hmotností vždy vede k produkci páru neutrino - antineutrino :

τ^-
→
μ^-
+
ν
_μ +
ν
_τ

Jedno neutrino nese leptonové číslo rozpadajícího se těžkého leptonu ( v tomto případě tauon , jehož slabým zbytkem je tau neutrino ) a antineutrino, které ruší leptonové číslo nově vytvořeného lehčího leptonu, který nahradil originál. (V tomto případě muonové antineutrino zruší mionové .) ${\ Displaystyle ~ L _ {\ mathrm {\ mu}} =-1 ~}$${\ Displaystyle ~ L _ {\ mathrm {\ mu}} =+1 ~}$

Porušení zákonů o zachování leptonového čísla

Leptonská příchuť je pouze přibližně konzervovaná a zejména není konzervována v oscilaci neutrin . Celkový počet leptonů je však ve standardním modelu stále zachován.

Četná vyhledávání fyziky nad rámec standardního modelu zahrnují vyhledávání leptonového čísla nebo porušení leptonové chuti, jako je hypotetický rozpad

μ^-
→
E^-
+
γ

Experimenty jako MEGA a SINDRUM hledaly porušení leptonového čísla v mionových rozpadech na elektrony; MEG stanovil současný limit větvení řádu 10 ⁻¹³ a plánuje jeho snížení na limit 10 ⁻¹⁴ po roce 2016. Některé teorie nad rámec standardního modelu, jako je supersymetrie , předpovídají poměry větvení řádu 10 ⁻¹² až 10 ⁻¹⁴ . Mu2e experiment, ve stavebnictví jako z roku 2017, má plánovanou citlivost řádu 10 ^-17 .

Vzhledem k tomu, že zákon o zachování leptonového čísla je ve skutečnosti porušován chirálními anomáliemi , existují problémy s univerzálním použitím této symetrie ve všech energetických stupnicích. Kvantové číslo B - L je však v modelech Grand Unified Theory běžně konzervováno .

Pokud se ukáže, že neutrina jsou fermiony Majorany , ani jednotlivá leptonová čísla, ani celkové leptonové číslo

${\ Displaystyle ~ L \ equiv L _ {\ mathrm {e}}+L _ {\ mathrm {\ mu}}+L _ {\ mathrm {\ tau}} ~,}$

ani

B - L

by byly konzervovány, např. při dvojitém rozpadu beta bez neutrin , kde by se dvě čelní srážky neutrin mohla ve skutečnosti zničit, podobně jako (nikdy nepozorované) srážce neutrina a antineutrina.

Konvence obrácených značek

Někteří autoři dávají přednost použití leptonových čísel, která odpovídají znaménkům nábojů příslušných leptonů, podle konvence používané pro znaménko slabého isospinu a znak podivného kvantového čísla ( pro kvarky ), přičemž oba mají konvenčně jinak libovolný znaménko kvantového čísla odpovídá znaménku elektrických nábojů částic.

Když po elektrické náboje konvence znamení, počet lepton (zobrazeny se nad barem zde ke snížení záměně) produktu ve formě elektronů , mion , tauon a případné neutrin se počítá jako počet leptonů na positron , antimuon , antitauon , a jakékoli antineutrino se počítá jako Když je dodržena tato konvence obráceného znaménka, baryonové číslo zůstane nezměněno, ale rozdíl B-L je nahrazen součtem: B + L , jehož číselná hodnota zůstává nezměněna, protože ${\ displaystyle ~ {\ bar {L}} =-1 ~;}$${\ displaystyle ~ {\ bar {L}} =+1 ~.}$

L = - L ,

a

B + L = B - L .

Viz také

• Baryonovo číslo

Poznámky pod čarou

Reference