¿Por qué las interacciones débiles excluyen a los gluones?

Mi pregunta se reduce a si el gluón que no se acopla con Z es observación o teoría.

El modelo estándar de física de partículas se describe mediante un lagrangiano que tiene las simetrías de grupo SU(3)XSU(2)xU(1), en orden de izquierda, representación de grupo fuerte, grupo débil, electromagnético. Este es un destilado experimental, es decir, las observaciones forzaron la suposición de que los quarks interactúan independientemente con las tres fuerzas y sus respectivos bosones de calibre.

SU(3) tiene el gluón como bosón de calibre y, por construcción, no tiene vértices débiles.

El modelo estándar Lagrangiano en una expansión perturbativa representada por diagramas de Feynman dará órdenes más altos donde la fusión de gluones puede producir un bosón Z.

También los gluones pueden terminar en un Higgs

fusión de gluones a Higgs, donde los dos vértices izquierdos están con el acoplamiento fuerte de la parte superior al gluón, y la mano derecha es el acoplamiento débil de la parte superior a Higgs.

(que solo interactúa débilmente), pero no hay vértices directos de Z al gluón.

El modelo estándar depende directamente de las observaciones experimentales.

Suspiro... Morderé el anzuelo de los comentarios para responder a una pregunta limitada que la improbable pregunta principal aparentemente se ha transformado en la actualidad, posiblemente. Así que solo llevaré al agua a los caballos salvajes de la sociedad secreta, M Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model , eqn (30.81), pero ¿quién puede adivinar lo que están ansiosos por beber?

El Z se acopla a la combinación SM de las cargas conservadas$\tau_3$y$Y$. Los quarks (pero no los leptones) fermiones bilineales en estas cargas también se acoplan a los gluones, por lo que se podría pensar que, a nivel de bucles, los quarks median interacciones efectivas entre la Z y los gluones, suprimidos, por supuesto, por efectos de bucle. Después de todo, el Higgs incoloro es producido rutinariamente por fusión de gluones mientras hablamos... regla de efectos de bucle.

Como todos estos acoplamientos, una interacción Zgg , ausente a nivel de árbol, podría pensarse que tiene una pequeña presencia de 1 bucle, pero no es así. si llamas$\lambda^a$las matrices de color, la anomalía del triángulo$\operatorname {Tr} \tau_3 \{\lambda^a ,\lambda^b\}\propto \operatorname {Tr} \tau_3 =0$se desvanece, pero, también el de hipercarga, lo que llamé "justo sudoku",

(En realidad, habiendo resuelto esto, y con la tranquilidad de que lo hace, uno puede volver a expresar el acoplamiento de corriente a Z como una mera combinación lineal de la corriente EM, que es vectorial y, por lo tanto, posiblemente no anómala, y la anterior anomalía trivialmente gratis$\tau_3$uno. Pero este es el truco clásico de escribir los resultados SM "justo así" como banales y engañosamente evidentes).

Ahora, las interacciones de Higgs a raíz de SSB comienzan a discutir esquinas de lo anterior en bucles más altos que involucran la entrada de nuevos estados y, por supuesto, más gluones, como sugirió @ LucJ.Bourhis. Aunque los resultados básicos del triángulo persisten en bucles más altos debido al teorema de Adler-Bardeen, tenga cuidado cuando juegue al whak-a-mole con constructores de modelos...

Mi renuencia a ofrecer "revelación" es que no me he topado con tal... Este es un campo infestado de falsos profetas que han demostrado estar equivocados una y otra vez por la firme voz de la evidencia experimental.

Editar en respuesta al comentario . Lo siento, traté de mantenerme estrecho. En general, los gluones interactúan con partículas incoloras que interactúan débilmente. Ya admití a Zggg en el pliegue de interacciones inducidas por bucles perfectamente finos, arriba. El cálculo completo está aquí , pura teoría. @AnnaV ilustra cómo se confía en los gluones para producir el Higgs. Mi punto estrecho fue una ilustración de restricciones elaboradas en algunas interacciones que el SM dicta en ocasiones en su método idiosincrático en la locura. Si su pregunta fuera "¿Los estados virtuales hacen que todas las interacciones se comuniquen entre sí?", entonces, obviamente, la respuesta es "sí".

Creo que la mejor respuesta que se puede dar actualmente es que simplemente no observamos los efectos del acoplamiento entre gluones y bosones de norma electrodébiles. Si alguna vez se observaran tales efectos, es posible que tengamos que repensar nuestro conocimiento actual del modelo estándar y modificarlo para incluir alguna combinación de SU.$(3)$y tú$(2)$subgrupos.

Desde el punto de vista de la gran teoría unificada, la declaración es simplemente equivalente a la declaración de que los campos de materia se transforman bajo representaciones de la SU$(3)$y tú$(2)$subgrupos del grupo de calibre unificado sin mezclarse entre ellos.

Por supuesto, puede haber mejores razones, pero no las conozco. Por lo que puedo decir, esta pregunta es tan difícil de responder como "¿por qué el modelo estándar tiene el grupo de indicadores que tiene?"

¡Espero que esto ayude!

Editar: También se me ocurrió que, desde el punto de vista de la teoría de campo efectivo, un cuarto de gran masa no observado podría crear un acoplamiento aparente entre los gluones y los bosones W y Z. Tal vez eso podría ser interesante.

Editar: Ups. Tal vez debería haber leído la maravillosa respuesta de Cosmas antes de hablar sobre EFT. Ignora la edición anterior.