La fuerza débil se acopla solo a los campos quirales izquierdos, lo que se expresa matemáticamente mediante un operador de proyección quiral. en los correspondientes términos de acoplamiento en el Lagrangiano.
Este hecho curioso de la naturaleza se llama comúnmente violación de la paridad y me pregunto por qué. ¿Tiene sentido este nombre desde un punto de vista moderno?
Mi pregunta se basa en la observación:
Un espinor de Dirac (en la representación quiral) de quiralidad pura se transforma bajo transformaciones de paridad:
La quiralidad es una cantidad invariante de Lorentz y una partícula quiral izquierda no se transforma en una partícula quiral derecha mediante transformaciones de paridad. (El objeto transformado vive en una representación diferente del grupo de Lorentz, donde el espinor de Weyl inferior denota la parte quiral izquierda .)
Entiendo de dónde viene históricamente el nombre (ver el último párrafo) pero, desde un punto de vista moderno, ¿la violación de la quiralidad no tendría mucho más sentido?
Algunos antecedentes:
Los fermiones son descritos por los espinores de Dirac, transformándose según la representación de la (doble portada del) grupo Lorentz. Espinores de Weyl transformándose según el representación se denominan quirales por la izquierda y las que se transforman según la representación se denominan rectoquirales . Un espinor de Dirac es (en la representación quiral)
El efecto de una transformación de paridad es
Ahora podemos examinar el efecto de una transformación de paridad en un estado con quiralidad pura:
Esto significa que todavía tenemos un espinor quiral izquierdo, solo que escrito de manera diferente, después de una transformación de paridad y no un quiral derecho. La quiralidad es una cantidad invariante de Lorentz. Sin embargo, el hecho de que solo las partículas quirales izquierdas interactúen débilmente se denomina comúnmente violación de paridad y me pregunto si este sigue siendo un nombre sensato o solo tiene importancia histórica.
Breve comentario sobre la historia.
Sé que históricamente se suponía que los neutrinos no tenían masa, y para las partículas sin masa, la helicidad y la quiralidad son las mismas. Una transformación de paridad transforma una partícula levógira en una partícula levógira. En el famoso experimento de Wu, solo se pudieron observar neutrinos zurdos, de donde proviene el nombre de violación de paridad. Pero, ¿tiene sentido este nombre hoy que sabemos que los neutrinos tienen masa y, por lo tanto, quiralidad? helicidad
Sí, realmente se viola la paridad, incluso si los neutrinos son masivos. Parece estar confundiendo la relación entre paridad, helicidad y quiralidad en el modelo estándar moderno con la operación de simetría física de inversión espacial.
El experimento de Wu no midió la helicidad de los neutrinos. Wu y sus colaboradores prepararon una capa delgada de un núcleo emisor de beta con un giro bastante alto, polarizaron los núcleos y observaron que era más probable que las partículas beta se emitieran desde el "polo sur" del núcleo que desde el "polo norte". " ¿Por qué es esto una violación de la paridad? La forma en que definesel "polo norte" de un objeto giratorio es agarrarlo con la mano derecha, de modo que los dedos de la mano derecha se enrosquen en el mismo sentido que la rotación; el "polo norte" es donde va tu pulgar, y el "polo sur" es el otro. El reflejo del espejo (que es un caso especial de la transformación de paridad) convierte su mano derecha en una mano izquierda y cambia el polo que etiqueta como "norte" para el mismo sentido de rotación.
El siguiente artículo en ese número de PRL, por Garwin et al , muestra que los muones producidos en la desintegración están polarizados. Tal polarización es una violación de la simetría de paridad porque el pión tiene giro cero y, por lo tanto, un pión detenido no puede expresar ninguna preferencia sobre las direcciones de giro de sus hijas. Este experimento también fue el primero en medir los momentos magnéticos del muón y el antimuón.
El enunciado de que uno puede producir polarizado de spinless en la decadencia sugiere que en esa desintegración los neutrinos también deberían producirse polarizados. Sin embargo, generalmente se considera que la primera medición de la helicidad de los neutrinos fue la realizada por Goldhaber y colaboradores , más tarde en el mismo año. El análisis del experimento de Goldhaber requiere que dedique un poco de tiempo a pensar detenidamente en los espines nucleares.
En realidad, se descubrió en 1927 que las fuentes beta no polarizadas producen electrones ligeramente polarizados hacia la izquierda, aunque el significado no se entendía en ese momento y el artículo se olvidó hasta que Grodzins lo descubrió en 1958. Allan Franklin lo llama "el no descubrimiento de la paridad". no conservación".
La violación de la paridad es real en el sentido visceral de que si me mostraras una fotografía (suficientemente detallada) de un experimento de interacción débil con partículas polarizadas, en principio podría decirte si la fotografía se ha reflejado o no.
Interacciones débiles con y Los bosones de calibre violan la paridad simplemente porque los fermiones diestros y zurdos se acoplaron de manera diferente a y . por ejemplo, el La pareja sólo para los campos zurdos. Una dinámica invariante de paridad requeriría que tanto el campo izquierdo como el derecho se acoplen de la misma manera al vector de calibre, ya que se intercambian bajo la transformación de paridad.
Un poco más técnicamente, los bosones de calibre deben transformarse como vectores polares bajo paridad (porque forman una derivada covariante con que es polar) y, por lo tanto, para preservar la paridad, deben acoplarse a la corriente del vector polar como . En cambio, el la pareja de corriente del tipo . Mientras que la término se transforma como vector polar, no es difícil ver que el transformación del término en su lugar como un vector axial. Para restaurar la paridad, se debe agregar una corriente derecha que se acopla con la misma fuerza a de manera que la caería
Comprobemos que la paridad es violada por el lagrangiano de interacción débil:
Bien, creo que tengo una idea de por qué se usa la terminología, pero creo que este argumento tiene poco sentido:
El término lagrangiano que describe interacciones débiles tiene la forma
Bajo transformaciones de paridad y , por lo tanto
Podemos transformar la paridad transformada en Lagrangiana, usando la forma explícita de y :
lo que muestra que el término de interacción débil en el Lagrangiano no es invariante bajo transformaciones de paridad. ¡Creo que este argumento es incorrecto!
La discusión anterior pasa por alto que bajo transformaciones de paridad . Si tenemos esto en cuenta, el término correspondiente en el Lagrangiano es invariante y las interacciones débiles son invariantes bajo transformaciones de paridad .
Podemos ver esto, porque para un espinor de Dirac ordinario tenemos el operador de proyección:
y por la paridad transformó a Dirac spinor el operador de proyección quiral izquierda es
Los espinores de Dirac transformados por paridad viven en una representación diferente y, por lo tanto, necesitamos diferentes operadores de proyección. La discusión anterior muestra que bajo la transformación de paridad
que muestra la invariancia.
Supongo que es porque antes que nada cambias de signo de a en el espacio físico (esta es la transformación de paridad en pocas palabras). Toda esta álgebra peculiar sobre los campos de quiralidad izquierdo y derecho proviene de Representación del grupo de Lorenz, por lo que las reglas de transformación se definen como representantes de la transformación de paridad del espacio físico.
jerry schirmer