¿Qué es el número de leptones?

¿Qué es exactamente el número leptónico de una partícula? Con la carga (por ejemplo, el protón es solo 1, no la carga exacta), puedo entender porque es una propiedad física, pon una partícula con carga + al lado de otra partícula con carga + y se repelen. ¿Cuál es el número de leptones en términos similares? ¿O es solo una convención que funcionó en las interacciones de partículas observables (que se conserva, como carga)

Véase también número bariónico, hipercarga, isospin, etc...
@dmckee, disculpe si esto es demasiado básico y el maestro dijo que estamos comenzando con el número de leptones porque es el más simple. No tuve tiempo de preguntarle al maestro antes de este fin de semana, y sitios como Wikipedia solo dan un ciclo tipo huevo y gallina.
Todos son números cuánticos. Cada uno de ellos etiqueta los estados propios de algún operador (a veces un operador abstracto y otras veces estados propios aproximados). Algunos de ellos aparecen en otras operaciones. Algunos de ellos se conservan en ciertas clases de interacciones. Estos hechos fueron descubiertos experimentalmente (aunque a menudo clasificados fenomenológicamente) y tendrás que encontrar una forma de recordar todo esto. Espere y se le darán algunas estructuras para entregarlo todo.
Las personas primero unen diferentes partículas en "familias" (leptones, por ejemplo), y luego necesitan una característica para distinguirlas dentro de esta familia. Entonces, el electrón y el muón tienen diferentes números de leptones. Nos impide hacer una superposición de estados de electrones y estados de muones porque nunca se observan en tales superposiciones.

Respuestas (4)

La carga eléctrica es un tipo de propiedad física "especial" porque corresponde a un efecto físico muy simple. Pero eso no es cierto para la mayoría de las propiedades físicas. El número de leptones no tiene ninguna fuerza asociada, como lo hace la carga eléctrica, porque no es una constante de acoplamiento.

El número de leptones es solo una expresión matemática de lo que significa ser un leptón. Los campos cuánticos que corresponden a las partículas que llamamos leptones (electrones, muones, tau y sus correspondientes neutrinos) tienen cada uno un número de leptones de 1, y los campos correspondientes a sus antipartículas tienen cada uno un número de leptones de -1. El número de leptones se considera una propiedad útil porque se conserva en todas las reacciones observadas.

El número de leptones es solo una cantidad conservada en todos los procesos observados, con la excepción casi segura de las oscilaciones de neutrinos. El número de electrones es simplemente el número de electrones más los neutrinos, menos el número de antielectrones y antineutrinos. El número de muón y el número de tau se definen de manera similar. El número total de leptones es la suma del número de electrones, muones y tau.

La razón de la conservación del número de leptones es solo porque las interacciones de baja energía son renormalizables---- lo que implica que solo dos fermiones como máximo pueden participar en una interacción, junto con un bosón (un escalar o un vector). Los procesos electromagnéticos producen o eliminan pares de electrones/positrones (que es un cambio neto de número de leptones cero), mientras que las interacciones débiles producirán electrones junto con electrones-antineutrinos (nuevamente, cambio de número de leptones cero). Eso es todo para las interacciones de leptones renormalizables en el modelo estándar.

Sin embargo, la observación de las masas de los neutrinos significa que el modelo estándar está incompleto. Con mucho, la explicación más probable es que las masas son pequeñas correcciones no renormalizables del modelo estándar, debido a que los neutrinos se dispersan de dos bosones de Higgs a la vez, una interacción no renormalizable de dos fermiones y dos escalares. Esto conduce a una masa que es suprimida por la escala en la que las dos absorciones del bosón de Higgs no son simultáneas, y si esta escala es aproximadamente 10 dieciséis GeV, la masa de los neutrinos resulta ser .01 mi V , que es lo que se observa. La diminuta masa del neutrino observada coincide tan bien con esta predicción, que es casi seguro que esta explicación es correcta.

Pero este mecanismo viola el número de leptones, porque un campo de neutrinos tiene solo una quiralidad, de modo que el neutrino sin masa tiene una helicidad, mientras que un antineutrino tiene una helicidad opuesta. Puedes perseguir un neutrino masivo cada vez más rápido, hasta que lo veas detenido en tu marco, y luego ir hacia el otro lado cada vez más rápido. El impulso cambia, pero el giro permanece igual, por lo que la helicidad es opuesta. Entonces, el neutrino y el antineutrino no son objetos separados, son dos helicidades que forman una partícula masiva, por lo que el número de leptones no se puede conservar.

Los físicos nucleares están buscando lo que se llama "desintegración beta doble sin neutrinos", un proceso en el que dos neutrones se desintegran en un núcleo casi simultáneamente. El primero se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico (conservando el número de leptones), luego el antineutrino se convierte en un neutrino (por la masa del neutrino), y el neutrino es absorbido por el segundo neutrón, lo que hace que se desintegre. en un protón y un electrón. Este proceso sería una confirmación experimental directa de la teoría anterior sobre el origen de las masas de neutrinos.

En teoría, es imposible que el número de Lepton se conserve exactamente porque, a diferencia de la carga eléctrica, no tiene un campo eléctrico asociado. Las únicas cantidades que se conservan en la formación y evaporación de un agujero negro tienen que ser visibles fuera del agujero negro, y solo cantidades como el campo eléctrico y magnético, los campos de calibre, sobresalen de un agujero negro para afectar su desintegración.

La quiralidad es invariante de Lorentz y no cambia si te mueves más rápido que un neutrino
@Tim: la quiralidad es solo invariante de Lorentz para un neutrino sin masa, es el giro en la dirección del movimiento. Tu comentario es incorrecto. No hay quiralidad para un neutrino estacionario, solo hay un giro. Dependiendo de la forma en que aumente el impulso infinito, obtendrá una quiralidad opuesta.
eso está mal, lo siento. Estás confundiendo helicidad y quiralidad. La quiralidad es invariante de Lorentz, la helicidad no lo es. Y por supuesto existe quiralidad para cualquier neutrino, porque esto es lo que nos dice bajo qué representación se transforma el espinor correspondiente
@Tim: Vaya, quise decir helicity, lo siento, se arreglará.
@Tim: para explicar más adecuadamente, el término de masa lagrangiana de dos componentes para un campo quiral ψ i es ψ i ψ j ϵ i j + ψ i ˙ ¯ ψ j ˙ ¯ ϵ i ˙ j ˙ . El campo ψ tiene una quiralidad con una helicidad cuando no tiene masa, el campo ψ ¯ se transforma como el conjugado de quiralidad opuesta y tiene helicidad opuesta, y crea un antineutrino, y el término de masa viola el número de leptones. Al perseguir un neutrino casi sin masa, invierte la dirección del movimiento y lo convierte en un antineutrino, violando el número de Lepton al impulsarlo.
@Tim: El problema aquí es que el campo de neutrinos ψ , el campo quiral con una sola quiralidad, no es el único campo asociado con el neutrino. También hay ψ ¯ de quiralidad opuesta. Cuando los campos no tienen masa, ψ produce neutrino de una helicidad, y ψ ¯ produce antineutrinos de helicidad opuesta. Cuando el neutrino tiene una masa de 2 componentes (como en la naturaleza), el término de masa mezcla las dos helicidades en una partícula masiva sin helicidad definida, y la partícula masiva es una combinación de ψ y ψ ¯ , a menudo también representado como un campo de majorana.

El número de leptones, que en algunas formulaciones es la suma de tres números diferentes, uno para cada generación, es una bestia intrigante porque, a diferencia de la carga eléctrica, no está asociado a un campo de norma; simplemente está ahí, preservado porque no hay manera en el Modelo Estándar de violarlo.

En algunas teorías de Más allá del modelo estándar, el número de leptones contribuye indirectamente a la mitad de la carga eléctrica. De esta manera es más fácil entender la carga de isospin: el positrón es la mitad del número de leptones, la mitad del isospin y el neutrino es la diferencia en lugar de la suma. En el Modelo Estándar, esta contribución proviene de la hipercarga, que es un verdadero campo de calibre.

por indirectamente, quiero decir que por lo general esto proviene de un campo BL, números de bariones menos leptones. Por supuesto, esto también significa que el número bariónico contribuye con otra mitad dentro de los bariones, o un sexto en cada quark.

Los números de leptones son solo formas de ver qué tipos de leptones van a salir de una reacción dado que entra alguna partícula. Por ejemplo, en la captura de electrones, entra un electrón y sale un neutrino. El número de leptones se conserva porque el electrón tiene un número de leptones de +1 y un neutrino tiene un número de leptones de +1. En el caso de que un bosón Z se desintegre en leptones, uno de ellos puede ser un electrón (número de leptones: +1) y el positrón (número de leptones: -1). Es como si esta cantidad hiciera cosas porque conserva ciertos tipos de partículas. También a veces hay números de leptones para el electrón, muón y tau individuales. Estos solo pueden ser violados por neutrinos.

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