플레이버(입자물리학)

Flavour (particle physics)
그 외의 용도는, 「맛」(동음이의)를 참조해 주세요.
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6가지 맛의 렙톤
맛
입자 물리학
플레이버 양자수
관련 양자수
조합
  • 하이퍼차지:Y.
    • Y = (B + S + C + B + + T)
    • Y = 2 (Q - I3)
  • 약한 하이퍼차지:YW.
    • YW = 2 (Q - T3)
    • X + 2YW = 5 (B - L)
플레이버 믹스

입자 물리학에서 풍미 또는 풍미란 소립자의 종을 말한다.표준 모형은 쿼크 6가지와 렙톤 6가지 맛을 카운트합니다.그것들은 전통적으로 모든 아원자 입자에 할당되는 맛 양자 번호로 매개 변수화된다.그것들은 또한 쿼크-렙톤 세대를 위해 제안된 몇 가지 가족 대칭으로 묘사될 수 있다.

양자수

고전 역학에서, 점 같은 입자에 작용하는 힘은 입자의 동적 상태, 즉 운동량, 각 운동량 등을 바꿀 수 있을 뿐이다.그러나 양자장론은 비동적인 이산 양자수에 의해 묘사되는 입자의 성질의 다른 측면을 바꿀 수 있는 상호작용을 허용한다.특히 약한 힘의 작용은 쿼크와 렙톤의 질량과 전하를 나타내는 양자수를 하나의 이산형에서 다른 형태로 변환할 수 있도록 한다.이것은 향미 변화 또는 향미 변환으로 알려져 있습니다.그들의 양자 기술 때문에, 풍미 상태는 양자 중첩을 겪을 수도 있다.

원자물리학에서 전자의 주요 양자수는 원자 전체의 에너지 수준을 결정하는 전자껍질을 지정한다.마찬가지로 5가지 맛 양자수(아이소스핀, 이상도, 매력, 바닥도 또는 팽이도)는 쿼크가 6가지 다른 맛(u, d, s, c, b, t)을 나타내는 정도에 따라 쿼크의 양자 상태를 특징지을 수 있다.

복합 입자는 여러 쿼크에서 생성될 수 있으며, 각각 다른 질량, 전하 및 붕괴 모드와 같은 고유한 골재 특성을 가진 중간자 및 중입자와 같은 강입자를 형성합니다.하드론의 전체적인 맛 양자 수는 각 특정 맛의 구성 쿼크 수에 따라 달라집니다.

보존법

위에서 설명한 모든 다양한 전하들은 대응하는 전하 연산자를 해밀턴과 함께 이동하는 대칭의 발생기로 이해할 수 있다는 사실에 의해 보존된다.따라서 다양한 전하 연산자의 고유값이 보존됩니다.

표준 모델에서 절대적으로 보존된 풍미 양자 수는 다음과 같습니다.

대통합 이론과 같은 일부 이론에서, 만약 그들 사이의 차이(B - L)가 보존된다면, 개별 바리온과 렙톤 수 보존은 위반될 수 있다(키랄 이상 참조).

강한 상호작용은 모든 향미를 보존하지만, 모든 향미 양자수(B와 L 제외)는 전기 약 상호작용에 의해 위반(변경, 보존되지 않음)된다.

풍미대칭

만약 같은 상호작용을 하는 입자가 둘 이상 있다면, 그것들은 물리학에 영향을 미치지 않고 교환될 수 있다.이 두 입자의 (복잡한) 선형 조합은 조합이 서로 직교 또는 수직인 한 동일한 물리학을 제공합니다.

즉, 이 이론은 M d{ M d 등의 변환을 가지고 있다.여기서 u와 d는 (렙톤과 쿼크의 다양한 세대를 나타내며, 아래 참조) M은 단위 결정식을 가진 2×2 유니터리 행렬이다.이러한 행렬은 SU(2)라고 불리는 Lie 그룹을 형성합니다(특수 유니터리 그룹 참조).이것은 향미 대칭의 한 예이다.

양자 색역학에서 풍미는 보존된 전역 대칭이다.반면에, 전기 약 이론에서는, 이 대칭이 깨지고 쿼크 붕괴나 중성미자 진동과 같은 풍미 변화 과정이 존재합니다.

플레이버 양자수

렙톤스

모든 렙톤은 렙톤 번호 L = 1이다.또한 렙톤은 약한 이소스핀, T를3 가지고 있다.세 개의 하전 렙톤(전자, 뮤온, 타우)의 경우 1/2이고 세 개의 연관된 중성미자의 경우 +1/2이다.대전된 렙톤과 반대편3 T로 이루어진 중성미자의 더블렛은 각각 1세대의 렙톤을 구성한다고 한다.또한, 하나는 약한 초전하, Y라고W 불리는 양자수를 정의하는데, Y는 모든 왼손잡이 [1]렙톤에 대해 -1이다.약한 아이소스핀과 약한 하이퍼차지는 표준 모델에서 측정됩니다.

렙톤에는 6가지 맛 양자수, 전자수, 뮤온수, 타우수 및 중성미자에 대응하는 수가 할당될 수 있다.이것들은 강한 전자기 상호작용으로 보존되지만 약한 상호작용에 의해 위반된다.그러므로 이러한 맛 양자수는 큰 도움이 되지 않는다.전자 렙톤수(전자 및 전자 중성미자의 경우 +1), 뮤온 및 뮤온 중성미자의 경우 +1), 타우 렙톤수(타우 렙톤 및 타우 중성미자의 경우 +1) 등 세대별로 별도의 양자수가 더 유용하다.그러나, 이 수치들조차도 완전히 보존되는 것은 아니다. 왜냐하면 다른 세대의 중성미자가 섞일 수 있기 때문이다. 즉, 한 맛의 중성미자가 다른 맛으로 변할 수 있기 때문이다.이러한 혼합의 강도는 폰테코르보-마키-나카가와-사카타 행렬(PMNS 행렬)이라고 불리는 행렬로 지정됩니다.

쿼크

모든 쿼크는 바리온 수 B = ++1/3을 가지며, 모든 반쿼크는 B = -+1/3을 가진다.또한 모두 약한 이소스핀(T3 = ±+1/2)을 가지고 있습니다.양전하 쿼크(업, 참, 탑 쿼크)는 업형3 쿼크라고 하며, 음전하 쿼크(다운, 이상한, 그리고 바닥 쿼크)는 다운형 쿼크라고 하며, T = -+1/2입니다3.업 타입과 다운 타입 쿼크의 각 더블렛은 쿼크의 1세대를 구성합니다.

아래 나열된 모든 쿼크 맛 양자 수에서 쿼크의 맛 전하와 전하가 같은 부호를 갖는 것이 관례입니다.따라서 대전된 중간자에 의해 전달되는 향미에는 전하와 같은 표시가 있습니다.쿼크에는 다음과 같은 맛 양자 수가 있습니다.

  • 아이소스핀의 세 번째 성분(일반적으로 "아이소스핀"(I)으로3, 업 쿼크의 경우3 I = 1/2이고 다운3 쿼크의 경우 I = -1/2입니다.
  • 이상도(S): S = -n s + n으로 s̅ 정의됩니다. 여기서s n은 이상한
    쿼크의 수를
    나타내고s̅ n은 이상한
    반구의 수를
    나타냅니다.    이 양자수는 Murray Gell-Mann에 의해 도입되었다.이 정의는 상기 이유로 이상한 쿼크에 -1의 이상도를 부여합니다.
  • 참(C): C = n c - n으로 c̅ 정의되며, 여기서c n은 참 쿼크
    수(c
    )를c̅ 나타내고 n은 참 반쿼크 수를 나타냅니다.    참 쿼크의 값은 +1입니다.
  • 바닥(또는 아름다움) (Bθ): Bθ = -n b + n으로 b̅ 정의됩니다. 여기서b n은 바닥
    쿼크의 수(b
    )를b̅ 나타내고 n은 바닥 반구의 수를 나타냅니다.
  • 꼭대기(또는 진실) (T t): T = n - n으로 t̅ 정의됩니다.여기서t n은 꼭대기
    쿼크의 수(t)를
    나타내고t̅ n은 꼭대기 반구의 수를 나타냅니다.    그러나 상단 쿼크의 반감기가 매우 짧기 때문에(5×10초−25 정도밖에 되지 않음) 강한 상호작용을 할 수 있을 때는 이미 다른 형태의 쿼크 맛(보통 하단 쿼크)으로 부패했다.그렇기 때문에 꼭대기 쿼크는 강입자를 형성하지 않습니다. 즉, 중간자나 바리온을 형성하지 않습니다.

이들 5개의 양자수는 바리온수(향미 양자수가 아님)와 함께 6개의 쿼크 맛의 수를 완전히 개별적으로 명시한다(n q q̅ - n, 즉 반쿼크는 마이너스 기호로 계산된다).전자기적 상호작용과 강한 상호작용(약한 상호작용은 아님)에 의해 보존된다.이들로부터 도출된 양자수를 구축할 수 있습니다.

"이상함"과 "이상함"이라는 용어는 쿼크의 발견 이전부터 사용되었지만, 쿼크가 발견된 후에도 계속 사용되었습니다. 즉, 각 하드론 유형의 이상함은 동일함), 반입자의 이상함은 +1, 입자는 -1로 지칭됩니다.기묘함은 카온과 같은 새롭게 발견된 입자의 붕괴 속도를 설명하기 위해 도입되었으며 하드론의 8중 분류와 후속 쿼크 모델에 사용되었다.이러한 양자수는 강한 전자기 상호작용에서는 유지되지만 약한 상호작용에서는 유지되지 않습니다.

하나의 쿼크 붕괴만을 수반하는 1차 약한 붕괴의 경우, 이러한 양자수(예: 매력)는 입사 입자 또는 붕괴 부산물로써 참 쿼크 또는 반쿼크를 수반하는 붕괴에 대해 1만큼만 달라질 수 있다. δC = ±1; 마찬가지로 바닥 쿼크 또는 반쿼크 = δB δ1 = δ1이다.r 프로세스는 2차 프로세스(쿼크 붕괴 2개 포함)보다 더 일반적이며, 이는 약한 붕괴에 대한 대략적인 "규칙"으로 사용될 수 있습니다.

쿼크 맛의 특별한 혼합은 해밀턴의 약한 상호작용 부분의 고유 상태이므로, 특히 W 보손과 간단한 방식으로 상호작용한다(전하된 약한 상호작용이 풍미를 위반함).반면 고정질량의 페르미온(해밀턴의 운동성과 강한 상호작용 부분의 고유상태)은 풍미의 고유상태이다.이전 기준에서 쿼크에 대한 풍미-고바야시-마스카와 매트릭스(CKM 매트릭스)의 향미-고원 상태/질량-고원 상태 기준으로의 변환은 기초가 된다.이 매트릭스는 중성미자에 대한 PMNS 매트릭스와 유사하며 쿼크의 하전된 약한 상호작용 하에서 맛 변화를 정량화합니다.

CKM 매트릭스에서는 3세대 이상의 CP 위반이 허용됩니다.

반입자 및 강입자

풍미 양자수는 가법이다.따라서 반입자는 입자와 크기가 같지만 그 반대인 맛을 가지고 있다.강입자는 원자가 쿼크로부터 맛 양자수를 물려받습니다.이것은 쿼크 모델의 분류의 기초입니다.쿼크뿐만 아니라 하드론에서도 하이퍼차지, 전하 및 기타 맛 양자수 사이의 관계가 유지됩니다.

플레이버 퍼즐

플레이버 문제(플레이버 퍼즐이라고도 함)는 현재 표준 모델 플레이버 물리학이 표준 모델에서 입자의 자유 매개변수가 값을 갖는 이유와 PMNS 및 CKM 매트릭스에 혼합 각도에 대해 지정된 값이 있는 이유를 설명할 수 없다는 것입니다.페르미온 질량과 그 혼합 각도 등 이러한 자유 매개변수는 특별히 조정된 것으로 보입니다.이러한 튜닝의 이유를 이해하는 것이 플레이버 퍼즐의 해결책이 될 것입니다.이 퍼즐에는 왜 3세대의 쿼크와 렙톤(전자, 뮤온, 타우 중성미자)이 존재하는지, 그리고 이러한 페르미온의 [2][3][4]다른 향미들 사이에서 질량과 혼합 위계가 어떻게 그리고 왜 생기는지와 같은 매우 근본적인 질문들이 포함되어 있습니다.

양자 색역학

향미대칭은 키랄대칭과 밀접한 관련이 있다.기사의 이 부분은 키랄리티에 관한 부분과 함께 읽는 것이 가장 좋다.

양자 색역학(QCD)은 6가지 맛의 쿼크를 포함합니다.그러나 질량이 다르기 때문에 서로 엄밀하게 교환할 수 없습니다.업과 다운의 풍미는 같은 질량을 갖는 것에 가깝고, 이 두 쿼크의 이론은 대략적인 SU(2) 대칭(아이소스핀 대칭)을 가지고 있다.

키랄 대칭 설명

어떤 상황에서는(예를 들어 쿼크 질량이 250MeV의 키랄 대칭 깨짐 척도보다 훨씬 작은 경우), 쿼크의 질량은 시스템의 거동에 실질적으로 기여하지 않으며, 0번째 근사치에서는 가장 가벼운 쿼크의 질량이 0인 것처럼 대부분 무시될 수 있다.그러면 맛 변환의 단순화된 동작을 각 쿼크 필드의 왼쪽 및 오른쪽 부분에 독립적으로 작용하도록 성공적으로 모델링할 수 있습니다.향미 대칭에 대한 대략적인 설명은 키랄 그룹L SU(Nf) × SUR(Nf)에 의해 설명된다.

벡터 대칭 설명

모든 쿼크가 0은 아니지만 질량이 같다면, 이 키랄 대칭은 쿼크의 두 나선에 동일한 변환을 적용하는 "대각선 맛 그룹" SU(Nf)의 벡터 대칭으로 깨집니다.이 대칭의 감소는 명시적 대칭 파괴의 한 형태이다.명시적 대칭 파괴의 강도는 QCD의 전류 쿼크 질량에 의해 제어된다.

쿼크가 질량이 없는 경우에도 이론의 진공에 키랄 응축수가 포함되어 있으면 키랄 향미 대칭이 저절로 깨질 수 있습니다(저에너지 QCD에서와 같이).이것은 종종 QCD의 원자가 쿼크 질량과 동일시되는 쿼크에 대한 유효 질량을 발생시킨다.

QCD의 대칭성

실험 분석 결과, 쿼크의 옅은 맛의 현재 쿼크 질량은 QCD 척도인QCD δ보다 훨씬 작기 때문에 키랄 맛 대칭은 업, 다운 및 이상한 쿼크에 대한 QCD에 대한 근사치이다.키랄 섭동 이론과 훨씬 더 순진한 키랄 모델의 성공은 이 사실에서 비롯된다.쿼크 모델에서 추출된 원자가 쿼크 질량은 현재 쿼크 질량보다 훨씬 큽니다.이는 QCD가 키랄 응축수의 형성과 함께 자발적인 키랄 대칭이 깨진다는 것을 나타냅니다.QCD의 다른 단계는 다른 방법으로 키랄 맛의 대칭을 깨뜨릴 수 있다.

역사

다음 항목도 참조하십시오.Isospin history History, Eightway(물리학), 카이랄 대칭 및 J/psi 중간자

이소스핀

쿼크 모델보다 이소스핀, 이상함, 초전하가 우선입니다.그 양자수 중 첫 번째인 이소스핀은 1932년 베르너 하이젠베르크에 [5]의해 당시 새롭게 발견된 중성자(기호 n)의 대칭을 설명하기 위해 개념으로 도입되었다.

  • 중성자와 양성자(기호 p)의 질량은 거의 동일하다.그것들은 거의 퇴화되었고, 따라서 두 가지 모두 종종 그들의 차이를 무시하는 용어인 "핵자"로 언급된다.양성자는 양의 전하를 가지고 있고 중성자는 중성자이지만, 다른 모든 면에서 거의 동일하며, 그들의 핵결합력 상호작용(잔존 색력의 옛 이름)은 일부 사이의 전기력에 비해 매우 강하기 때문에 그들의 차이점에 많은 주의를 기울이는 것은 거의 의미가 없다.es.
  • 어떤 핵자 쌍 간의 강한 상호작용의 강도는 양성자 또는 중성자 중 어느 쪽이든 상관 없이 동일하다.

양성자와 중성자는 (훨씬 약한) 전자기 상호작용이 무시될 경우 질량이 거의 같고 거의 동일한 방식으로 상호작용하기 때문에 핵자로 그룹화되어 동일한 입자의 다른 상태로 취급되었다.

하이젠베르크는 이 대칭의 수학 공식은 어떤 면에서 비상대론적 스핀의 수학 공식과 비슷하며, 여기서 "isospin"이라는 이름이 유래되었다고 언급했다.중성자와 양성자는 더블렛(spin-)에 할당된다.SU(2)의 1⁄2, 2 또는 기본 표현), 양성자와 중성자는 각각 다른 아이소스핀 투영 I = ++1µ2, -+1µ2와 관련된다.파이온은 SU(2)의 트리플렛(spin-1, 3 또는 인접 표현)에 할당됩니다.스핀 이론과는 차이가 있지만:그룹 액션은 맛을 보존하지 않습니다(사실 그룹 액션은 특정 맛의 교환입니다).

핵력에 대한 물리적 이론을 구성할 때, 비록 총 아이소스핀은 보존되어야 하지만, 단순히 아이소스핀에 의존하지 않는다고 가정할 수 있다.아이소스핀의 개념은 1950년대와 1960년대에 발견된 하드론을 분류하는 데 유용하다는 것이 입증되었다(입자 동물원 참조). 여기서 유사한 질량을 가진 입자가 SU(2) 아이소스핀 멀티플릿에 할당된다.

이상함과 과격함

카온과 같은 이상한 입자의 발견은 강한 상호작용에 의해 보존된 새로운 양자수를 이끌어냈다: 이상함(또는 동등한 초전하)겔-만-니시마 공식은 1953년에 확인되었으며, 이 공식은 이상도와 과전하를 [6]이소스핀 및 전하에 관련짓는다.

8배법 및 쿼크 모델

일단 카온과 그들의 이상함의 특성이 더 잘 이해되자, 이것들도 부분군으로서 이소스핀을 포함하고 있는 확대된 대칭의 일부인 것처럼 보인다는 것이 분명해지기 시작했다.더 큰 대칭은 Murray Gell-Mann에 의해 8배 길이라고 명명되었고 SU(3)의 인접 표현에 해당하는 것으로 즉시 인식되었다.이 대칭의 기원을 더 잘 이해하기 위해, Gell-Mann은 SU(3) 맛 대칭의 기본적인 표현에 속하는 위, 아래 및 이상한 쿼크의 존재를 제안했다.

GIM-메커니즘과 매력

풍미를 바꾸는 중성전류의 부재를 설명하기 위해 1970년에 참 쿼크를 도입하고 J/psi 중간자를 [7]예측한 GIM 메커니즘이 제안되었다.J/psi 중간자는 1974년에 발견되었고, 이는 참 쿼크의 존재를 확인시켜 주었다.이 발견은 11월 혁명으로 알려져 있다.참 쿼크와 관련된 맛 양자수는 참 쿼크로 알려지게 되었다.

바닥과 꼭대기

바닥 쿼크와 상단 쿼크는 CP [8]위반을 설명하기 위해 1973년에 예측되었으며, 이는 바닥 쿼크와 상단 쿼크의 두 가지 새로운 맛 양자 수를 암시했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 의 표 참조해 주세요.S. Raby, R. Slanky (1997). "Neutrino Masses: How to add them to the Standard Model" (PDF). Los Alamos Science (25): 64. Archived from the original (PDF) on 2011-08-31.
  2. ^ Feruglio, Ferruccio (August 2015). "Pieces of the Flavour Puzzle". The European Physical Journal C. 75 (8): 373. arXiv:1503.04071. Bibcode:2015EPJC...75..373F. doi:10.1140/epjc/s10052-015-3576-5. ISSN 1434-6044. PMC 4538584. PMID 26300692.
  3. ^ Babu, K. S.; Mohapatra, R. N. (1999-09-27). "Supersymmetry, Local Horizontal Unification, and a Solution to the Flavor Puzzle". Physical Review Letters. 83 (13): 2522–2525. arXiv:hep-ph/9906271. Bibcode:1999PhRvL..83.2522B. doi:10.1103/PhysRevLett.83.2522. S2CID 1081641.
  4. ^ Alonso, Rodrigo; Carmona, Adrian; Dillon, Barry M.; Kamenik, Jernej F.; Camalich, Jorge Martin; Zupan, Jure (2018-10-16). "A clockwork solution to the flavor puzzle". Journal of High Energy Physics. 2018 (10): 99. arXiv:1807.09792. Bibcode:2018JHEP...10..099A. doi:10.1007/JHEP10(2018)099. ISSN 1029-8479. S2CID 119410222.
  5. ^ Heisenberg, W. (1932). "Über den Bau der Atomkerne". Zeitschrift für Physik (in German). 77 (1–2): 1–11. Bibcode:1932ZPhy...77....1H. doi:10.1007/BF01342433. S2CID 186218053.
  6. ^ Nishijima, K (1955). "Charge Independence Theory of V Particles". Progress of Theoretical Physics. 13 (3): 285–304. Bibcode:1955PThPh..13..285N. doi:10.1143/PTP.13.285.
  7. ^ S.L. Glashow; J. Iliopoulos; L. Maiani (1970). "Weak Interactions with Lepton–Hadron Symmetry". Physical Review D. 2 (7): 1285. Bibcode:1970PhRvD...2.1285G. doi:10.1103/PhysRevD.2.1285.
  8. ^ Kobayashi, M.; Maskawa, T. (1973). "CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction". Progress of Theoretical Physics. 49 (2): 652–657. Bibcode:1973PThPh..49..652K. doi:10.1143/PTP.49.652.

추가 정보

외부 링크