¿Por qué no hay partículas elementales cargadas de espín cero?

En el espíritu de una investigación relacionada, me gustaría saber si hay una base para comprender por qué no hay partículas elementales que tengan una carga eléctrica distinta de cero pero un espín cero.

¿Se puede escribir una teoría cuántica de este tipo y ser autoconsistente? ¿Las simetrías actuales de nuestros QFT actuales no permiten tal partícula?

Por lo que vale, hay partículas compuestas que tienen estas propiedades, como el pión cargado.

Respuestas (4)

El modelo estándar tiene mucho éxito en su estructura de grupo al ordenar todas las partículas observadas. Para introducir una partícula con carga y espín cero, necesitará un modelo diferente que también acomode las simetrías observadas experimentalmente y ajustadas por el modelo estándar. Así que la respuesta al "por qué" es "porque" no hemos visto ninguno y podemos modelar bien lo que hemos visto.

Dicho esto, cuando uno va a las teorías de cuerdas y las estructuras supersimétricas necesarias donde las partículas elementales conocidas de los experimentos se duplican en número, tenemos los squarks que tienen espín cero y carga. Hay una serie de sfermiones con la misma firma, selectrones, smuones, etc.

En física de partículas, un sfermion es la partícula (o sparticle) supercompañera de spin-0 de su fermion asociado. En extensiones supersimétricas del Modelo Estándar (SM), cada partícula tiene una supercompañera con espín que difiere en 1⁄2. Los fermiones en el SM tienen espín-1⁄2 y, por lo tanto, los esfermiones tienen espín 0.

Como no las hemos visto, como expliqué anteriormente, se supone que la supersimetría es una simetría rota, lo que significa que veremos firmas de estas partículas elementales con masas muy altas. El LHC ha puesto límites del orden de TeV para las masas.

+1 Debe tenerse en cuenta que parece no haber partículas cargadas de espín cero, ya que esto corresponde al campo escalar complejo. De hecho, es sorprendente que el modelo estándar no incluya tal partícula. Creo que los escalares cargados más "directamente" buscados serían los bosones de Higgs cargados.
anna v: ¿hay alguna posibilidad de que puedas describir brevemente los grupos a los que te refieres, o al menos nombrarlos?
@BMS El modelo estándar se basa en las simetrías de SU(3)xSU(2)xU(1), SU Grupo unitario especial de orden (3 interacciones fuertes, 2 electrodébiles), U(1) Grupo unitario (1 electromagnético), en.wikipedia.org/wiki/… . Se llegó a estas simetrías mediante el estudio de los datos.

El Higgs es parte de un doblete escalar complejo en el modelo estándar. Lleva hipercarga y carga débil. Así que hemos descubierto escalares cargados.

Ahora quizás solo te interese la carga ELÉCTRICA. Entonces, ¿el doblete de Higgs lleva esto? Bueno, una vez que el Higgs detecta un vev, algunas partes lo hacen y otras no. Se dice que las partes que llevan carga eléctrica son "comidas" por los bosones W y, de hecho, llevan carga eléctrica. Si bien hay una parte eléctricamente neutra que está relacionada con el bosón de Higgs.

Eso es verdad. Pero es importante reforzar que si tuviéramos dos dobletes escalares, entonces también existiría un Higgs cargado.

el lagrangiano

(1) L = − 1 4 F m v F m v + L libre + mi A m j m
dónde A m es el 4-potencial, F m v = ∂ [ v A m ] es el tensor de campo, L libre describe campos distintos de A m , y j m es la densidad de corriente 4 expresada en estos otros campos, describe una teoría similar a QED. Cuando L libre describe un campo libre de Dirac ψ y j m = ψ ¯ γ m ψ , es precisamente QED. El campo de Dirac tiene espín 1 2

En su lugar, podemos tomar

L libre = 1 2 ( ( ∂ m a ) ( ∂ m a † ) + metro 2 a a † )
con
(2) j m = i ( a ∂ m a † − ( ∂ m a ) a † ) .
El campo a describe el giro 0 partículas

La teoría descrita por (1) es tan autoconsistente como QED, es decir, es renormalizable. Esto se debe a que el ingrediente necesario y suficiente en la renormalizabilidad de QED es que la constante mi es adimensional (en unidades naturales). Con j m según (2), este es el caso.

El principio de incertidumbre de Heisenberg lo prohíbe.

Así como todas las Partículas Cuánticas no pueden tener una energía inferior al punto cero, para el espín nada puede tener un Momento Angular de menos de 1/2 en unidades de h-bar.

La relación de conmutación para el momento angular es [L,Lz] >= h/2π

(disculpas por la mala notación matemática)

Esto no parece correcto. Existen partículas que tienen espín cero: el bosón de Higgs, los piones. ¿Cómo explicarías su existencia?
Tiempo [ S → , S z ] = i ℏ mi → i ϵ i z j S j , esto no implica una relación de incertidumbre que prohíba las partículas de espín 0 (esto implica una desigualdad σ S X σ S z ≥ ℏ 2 | ⟨ S y ⟩ | , por S z autoestados el rhs es cero. Giro 0 significa S 2 | ψ ⟩ = 0 . La relación [ S 2 , S z ] = 0 se cumple en general, por lo que hay estados que tienen número qunatum de espín definido s ( s , tal que S 2 | ψ ⟩ = ℏ 2 s ( s + 1 ) | ψ ⟩ y S z | ψ ⟩ = ℏ metro | ψ ⟩ , − s ≤ metro ≤ s ) También por s = 0 .
@mpv en primer lugar, el bosón de Higgs tiene un giro tentativo de 0, aún no se ha medido y, debido a su vida útil extremadamente corta, es poco probable que suceda durante mucho tiempo. En segundo lugar, el bosón de Higgs podría ser una partícula compuesta como el parapositronio (una 'estrella binaria' de positrones y electrones, con espines antiparalelos). Ni la teoría cuántica ni el principio de incertidumbre prohíben que una partícula compuesta tenga un espín total cero. Lo mismo es cierto para π°, compuesto de quark-antiquark.
También la pregunta es sobre partículas cargadas . Ahora especulando sobre un vínculo entre la carga y el momento angular.
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