Tasa de decaimiento de protones del modelo estándar

Se sabe que la fuerza electrodébil contiene una anomalía quiral que rompe B + L conservación _ En otras palabras, permite que cambie la suma de bariones y leptones, pero aún conserva la diferencia entre los dos. Esto significa que el modelo estándar podría tener un canal para que los protones se desintegren , por ejemplo, en un pión y un positrón. ¿Alguien sabe cuál es la tasa total de decaimiento de protones a través de los canales del modelo estándar?

¿Estás pidiendo los resultados experimentales o un cálculo teórico?
Se prefiere el cálculo teórico: sé que los resultados experimentales actualmente son solo límites superiores en la tasa. Además, pregunto específicamente sobre el modelo estándar, no sobre las extensiones GUT.
La desintegración de protones está prohibida en el SM. El único proceso que viola el número B es el proceso sphaleron (que conserva BL), pero ese proceso, por su propia naturaleza, no puede conducir a la descomposición del protón. Los modelos BSM GUT en contrato, predicen rutinariamente la desintegración de protones y descartan rutinariamente límites experimentales estrictos que descartan tales procesos.

Respuestas (3)

Los instantones electrodébiles violan el número de bariones (y el número de leptones) en tres unidades (las tres generaciones participan en el vértice de 't Hooft). Esto se explica en el artículo original de 't Hooft . Como resultado, el protón es absolutamente estable en el modelo estándar. El estado bariónico más ligero que es inestable para descomponerse en leptones es 3 Él. El deuterón es inestable con respecto a la descomposición en un antiprotón y leptones.

La tasa es proporcional a [ Exp ⁡ ( − 8 π 2 / gramo w 2 ) ] 2 , que es mucho menor que las tasas de desintegración de protones que se han discutido en las extensiones del modelo estándar. Tenga en cuenta que la descomposición 3 H mi → leptones implica virtual ( b , t ) quarks, y la tasa contiene potencias adicionales de gramo w en el preexponente (que no importa mucho, dado que el exponente ya es muy grande).

Solo para dar un número aproximado, el tiempo de vida es un tiempo de vida típico de decaimiento débil (digamos, 10 − 8 seg), multiplicado por el factor instanton

τ = τ w Exp ⁡ ( dieciséis π 2 / gramo w 2 ) = τ w Exp ⁡ ( 4 π ⋅ 137 ⋅ pecado 2 ⁡ θ W ) = τ w ⋅ 10 187 ∼ 10 180 s mi C
donde he despreciado muchos factores pre-exponenciales que pueden calcularse, en principio, en el modelo estándar.

¿Podría pedirle que aumente un poco esta respuesta con (i) referencias para la estabilidad del protón en el SM, (ii) detalles y referencias para la descomposición de 3 He, y (iii) una estimación de la vida media de SM de 3 El en años? (o, por ejemplo, como múltiplos de la edad actual del universo). Estoy feliz de recompensar esto una vez que sea elegible.
Para referencia: el tiempo de Hubble es, a 1 cifra significativa, 4 × 10 14 segundo .
Corrección de errores tipográficos: el tiempo del Hubble es, a 1 cifra significativa, 5 × 10 ^ 17 seg.

Hasta donde yo sé, se supone que el modelo estándar tiene anomalías que desaparecen, es decir, que el protón no se desintegra en el modelo estándar. Consulte la página 5 de esta referencia.

Usted está pidiendo este cálculo . No sé si se le puede seguir llamando "el modelo estándar".

Aquí hay una declaración fuerte, al final del capítulo 7.3.1:

Por lo tanto, todas las anomalías posibles se cancelan para cada generación del modelo estándar. Si en una generación faltara un quark (o cualquier otra partícula), se obtendrían anomalías que no desaparecen (no para SU(3)SU(3)SU(3), sino para las otras tres combinaciones)

Esto fue para la fase continua, pero continúa haciendo la misma afirmación para la fase rota.

Entonces, la respuesta es que debería haber una extensión del modelo estándar para estudiar los efectos de conservación B+L.

Significan anomalías de calibre que desaparecen. B+L es de hecho anómalo.
@Thomas entonces, ¿puede dar un enlace donde se permita la descomposición de un protón dentro del modelo estándar? El enlace que doy es sobre anomalías en general.
El artículo original de 'T Hooft Phys.Rev.Lett. 37 (1976) 8-11.
@Thomas imo es una extensión del modelo estándar, no lo que es "el modelo estándar". Incluso en abstracto dice "en modelos ..." no, "en el modelo estándar".
El artículo fue escrito en 1976. Lo que él llama "en modelos..." es lo que ahora llamamos "el modelo estándar".
@Thomas No estoy convencido. El enlace que di para el lagrangiano específico, llamado ahora modelo estándar, dice que no tiene anomalías. No he podido encontrar el decaimiento de protones en el modelo estándar, los decaimientos de protones siempre están en extensiones de SM como GUT
Cuando las personas dicen que el SM está libre de anomalías, se refieren a anomalías de calibre (el color está trivialmente libre de anomalías, por lo que marcan SU(2)xU(1)). Sin embargo, en el SM B+L no está calibrado por lo que puede (y de hecho lo tiene) tener alguna anomalía.
't Hooft estudia una teoría en la que se mide VA, y hay un quark encanto. Obviamente, en el SM VA está calibrado (SU(2)_W), y el quark encanto existe ('t Hooft se preocupa por el encanto porque asume que todos los fermiones son dobletes débiles, y antes del descubrimiento del encanto no había ninguna partícula para completar el doblete débil que contiene el quark extraño). 't Hooft no sabía acerca de (b,t), por lo que en 1976 concluyó que en lo que ahora llamamos el modelo estándar B, la violación por dos unidades está permitida. Ahora sabemos que B se viola en tres unidades.
Corrígeme si me equivoco, pero ¿no es el canal de descomposición? π 0 → γ γ dominado por un canal anómalo?
Consulte la ecuación de Peskin & Schoeder 19.119 y siguientes:
Γ ( π 0 → 2 γ ) = α 2 64 π 3 metro π 3 F π 2 .
"Esta relación, que proporciona una medida directa del coeficiente de la anomalía de Adler-Bell-Jackiw, se satisface experimentalmente con una precisión de un pequeño porcentaje".
@SeanLake No estoy discutiendo que uno necesita canales anómalos para describir ciertas observaciones, estoy diciendo que en ninguna parte he visto que existan canales anómalos dentro del modelo estándar, al menos para generar una amplitud para el decaimiento de protones. Es indiscutible que hay observaciones que no son descriptibles en el modelo estándar, por lo que se realizan experimentos en busca de supersimetría y firmas GUTS. No he encontrado en la red un cálculo de modelo estándar para la descomposición de protones, mientras que encontré el enlace que di que las anomalías necesarias no están dentro del modelo estándar.
Bueno, 't Hooft es bastante cuidadoso...
Acerca de π 0 → 2 γ : Hay una sutileza. QCD tiene simetrías de sabor globales, que son anómalas, de ahí la anomalía del triángulo que contribuye a la descomposición del pión neutral. Pero en el SM estas corrientes de sabor están calibradas y no hay anomalías de calibre. ¿Como puede ser? A bajas energías, las anomalías de sabor de QCD se representan mediante términos WZ que describen interacciones piónicas anómalas, y en SM estos términos se suman a las anomalías de sabor de los leptones, de modo que la anomalía de sabor total se cancela.

Ha habido varios intentos de medir la desintegración de protones. Hasta ahora, todos han sido infructuosos. Varios cálculos dan estimaciones que van desde 10 30 a 10 36 años.

Conociendo la sensibilidad de los experimentos, podemos establecer límites para la vida media del protón. Las mejores mediciones actuales indican que es 10 34 años o más. Por ejemplo, una publicación de 2014 del detector de neutrones Super-Kamiokande en Japón da un mínimo de 5.9 × 10 33 años.

Esas son todas las predicciones basadas en extensiones de modelo estándar, no en la tasa de descomposición del modelo estándar previsto.
¿ Quiso decir detector de neutrinos ?
-1 por no leer la pregunta.
Tasa de decaimiento de protones del modelo estándar
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