¿Por qué el bosón WWW (y ningún otro bosón elemental) es el único con carga EM?

He leido esta pregunta:

Calculando la carga de un bosón W

El papel de los bosones W en la fuerza nuclear débil y la desintegración beta

El W, Z, junto con el fotón comprenden los cuatro bosones de calibre de la interacción electrodébil.

En el SM, los fotones W, Z, se producen a través de la ruptura espontánea de la simetría, de la simetría electrodébil SU(2) × U(1)Y a U(1)em afectada por el mecanismo de Higgs, que reordena los grados de libertad.

La carga eléctrica surge como una combinación lineal (no trivial) de Y (hipercarga débil) y el componente T3 del isospín débil. q = T 3 + 1 2 Y W q = T 3 + 1 2 Y W que no se acopla al bosón de Higgs, es decir, el bosón de Higgs y el campo electromagnético no tienen efecto entre sí al nivel de las fuerzas fundamentales ("nivel de árbol"), mientras que cualquier otra combinación lineal de la hipercarga y el el isospin débil interactuará con el Higgs. Esto provoca una separación aparente entre la fuerza débil, que interactúa con el Higgs, y el electromagnetismo, que no lo hace. Matemáticamente, la carga eléctrica es una combinación específica de la hipercarga y T3 descrita en la figura.

https://en.wikipedia.org/wiki/Electroweak_interaction

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El grupo de calibre de la parte electrodébil del modelo estándar es SU(2) × U(1). El grupo SU(2) es el grupo de todas las matrices unitarias de 2 por 2 con determinante unitario; todos los cambios ortonormales de coordenadas en un espacio vectorial bidimensional complejo. Esta combinación de generadores (rotación az en SU(2) y una rotación simultánea en U(1) en la mitad del ángulo) preserva el vacío y define el grupo de calibre ininterrumpido en el modelo estándar, es decir, el grupo de carga eléctrica. La parte del campo de calibre en esta dirección permanece sin masa y equivale al fotón físico.

Básicamente, entendemos por qué el fotón también permanece neutral en EM.

Ahora el Z también es EM neutral. De aquí es de donde obtuvo su nombre, cero carga EM.

El bosón Z media la transferencia de impulso, espín y energía cuando los neutrinos se dispersan elásticamente de la materia (un proceso que conserva la carga). Tal comportamiento es casi tan común como las interacciones inelásticas de neutrinos y se puede observar en las cámaras de burbujas tras la irradiación con haces de neutrinos. Cada vez que se observa un electrón como una nueva partícula libre que se mueve repentinamente con energía cinética, se infiere que es el resultado de un neutrino que interactúa directamente con el electrón, ya que este comportamiento ocurre con mayor frecuencia cuando el haz de neutrinos está presente. En este proceso, el neutrino simplemente golpea al electrón y luego se dispersa, transfiriendo parte del impulso del neutrino al electrón.[a]

https://en.wikipedia.org/wiki/W_and_Z_bosons

Ahora el bosón W recibió su nombre por la interacción débil.

Los dos bosones W son mediadores verificados de la absorción y emisión de neutrinos. Durante estos procesos, la carga del bosón W± induce la emisión o absorción de electrones o positrones, provocando así la transmutación nuclear. El bosón Z no está involucrado en la absorción o emisión de electrones y positrones.

La emisión de un bosón W+ o W− aumenta o disminuye la carga eléctrica de la partícula emisora ​​en una unidad y también altera el espín en una unidad. Al mismo tiempo, la emisión o absorción de un bosón W± puede cambiar el tipo de partícula, por ejemplo, cambiando un quark extraño a un quark arriba. El bosón Z neutro no puede cambiar la carga eléctrica de ninguna partícula, ni puede cambiar ninguna otra de las llamadas "cargas" (como extrañeza, número bariónico, encanto, etc.).

Ahora lo que no entiendo es, ¿de dónde obtiene el W su carga EM? ¿Será porque la interacción en sí, cuando la partícula emite o absorbe un neutrino, está mediada por un bosón W, y esto induce la emisión o absorción de electrones o positrones, por lo que el emisor (que emite el W) gana o pierde carga EM? ¿Es esta la funcionalidad de la W?

Ningún otro bosón elemental tiene carga EM, ni el Z, fotón, gluón (color, pero no EM), gravitón, Higgs.

Entiendo que las matemáticas solo describen la realidad de las partículas, pero ¿hay alguna forma en las matemáticas que muestre mejor por qué la W es especial? ¿O es la funcionalidad de las interacciones débiles lo que hace que la W sea especial en términos de carga EM?

Pregunta:

  1. ¿Por qué el W es el único bosón elemental con carga EM? ¿Hay alguna explicación en la funcionalidad de la W durante la interacción débil?
También podrías haber preguntado por qué los gluones son los únicos bosones elementales con color.
@G.Smith sí, tal vez la próxima vez. Pero, ellos (quarks) nunca se encuentran en confinamiento, por lo que no pude obtener una respuesta (tal vez teórica).
Es una coincidencia de hechos actualmente reconocidos, no una necesidad lógica cósmica. Puede inventar grandes teorías unificadas con bosones elementales más cargados.
@CosmasZachos Esa sería una buena respuesta.

Respuestas (3)

Es una coincidencia de hechos actualmente reconocidos, no una necesidad lógica cósmica. Puede inventar grandes teorías unificadas con bosones elementales más cargados.

De hecho, los modelos SUSY también tienen bosones cargados, como selectrones, etc.

¿Entonces por qué? Hecho de la naturaleza... nuestro. Hasta ahora.

¡Muchas gracias!

No sé por qué los bosones W tienen carga, sin embargo intentaré responder esa pregunta. Sin embargo, puedo responder cómo la W interactúa con otras partículas y cambia su sabor. El bosón W básicamente se emite desde una partícula, cuando esto sucede, su carga cambia en +1/-1 dependiendo de la situación. Perder un bosón W- significa ganar una carga positiva y viceversa. También los bosones W pueden decaer en pares lepton-antilepton, o pares quark-antiquark.

Ahora veamos por qué los bosones W tienen carga. Tienen carga principalmente debido a que cuando se rompió la simetría electrodébil, el bosón de Higgs en realidad emitió bosones de piedra dorada. Esto se separó y le dio a W+ y W- sus cargos. La razón por la que existían las cargas en ese momento es porque la fuerza electromagnética se separó parcialmente incluso entonces de la débil (no del todo, pero lo suficiente como para dar sentido a la carga eléctrica).

Creo que el cargo en el W + y W bosones es contrarrestar las transformaciones correspondientes. Esta es solo la teoría y, como bosón, son partículas virtuales imaginarias. También se supone que su energía o incluso su carga pueden tomar prestada del medio ambiente local, mientras que los participantes en el proceso se endeudan inicialmente pero devuelven la energía o la carga al medio ambiente una vez que se completa el evento.