Modelo Estándar: ¿Problema con Masas de Partículas Elementales?

En su libro "Modern Particle Physics", Mark Thomson explica dos problemas con masas de partículas elementales en la SM:

(i) Si tomamos el QED Lagrangiano L = ψ ¯ ( i γ m D m metro ) ψ 1 4 F m v F m v , dónde D m = m + i q A m es la derivada covariante. Introducción de un término de masa de la forma 1 2 metro γ 2 A m A m rompería la invariancia requerida bajo tu ( 1 ) . Esto lo entiendo hasta ahora.

(ii) En la página 469, en el Capítulo 17.4, escribe:

El problema con las masas de partículas no se limita a los bosones de calibre. Escribiendo el campo de espinor electrónico como ψ = mi , el término de masa de electrones en QED Lagrangian se puede escribir en términos de los estados de partículas quirales como

metro mi mi ¯ mi = metro mi mi ¯ [ 1 2 ( 1 γ 5 ) + 1 2 ( 1 + γ 5 ) ] mi

Breve comentario de mi parte: En la página 142, escribió que:

cualquier espinor tu se puede descomponer en componentes quirales de mano izquierda y derecha con

tu = 1 2 ( 1 + γ 5 ) tu + 1 2 ( 1 γ 5 ) tu .

Bien, continuando con el cálculo en la p. 469:

metro mi mi ¯ mi = [ . . . ] = metro mi mi ¯ [ 1 2 ( 1 γ 5 ) mi L + 1 2 ( 1 + γ 5 ) mi R ] = metro mi ( mi ¯ R mi L + mi ¯ L mi R ) ( 17.16 )
En el SU(2) L transformación de calibre de la interacción débil, las partículas levógiras se transforman en dobletes débiles de isospín y las partículas dextrógiras en singletes y, por lo tanto, el término de masa de ( 17.16 ) rompe la invariancia de calibre requerida.

Pregunta:

¿Cómo podemos entender su última frase?

Respuestas (1)

Si tomamos el término de masa metro mi mi ¯ mi y aplicar un SU(2) L transformación de calibre tu , obtenemos:

tu ( metro mi mi ¯ mi ) = metro mi tu mi ¯ mi = ( 17.16 ) metro mi tu ( mi ¯ R mi L + mi ¯ L mi R ) = metro mi { ( tu mi ¯ R ) mi L + mi ¯ R ( tu mi L ) + ( tu mi ¯ L ) mi R + mi ¯ L ( tu mi R ) } .
Ahora, sabemos que la interacción débil de corriente cargada solo se acopla a estados de partículas quirales de mano izquierda y estados de antipartícula quirales de mano derecha. Por lo tanto, los dos últimos términos tienen que desaparecer, y obtenemos:
metro mi tu mi ¯ mi = metro mi { ( tu mi ¯ R ) mi L + mi ¯ R ( tu mi L ) } = ! metro mi mi ¯ mi = ( 17.16 ) metro mi ( mi ¯ R mi L + mi ¯ L mi R )
Comparando cuidadosamente la última ecuación, vemos que no se da la invariancia de calibre y, por lo tanto, necesitamos el mecanismo de Higgs.