¿Cuáles de las propiedades de las partículas son propiedades intrínsecas y por qué? [cerrado]

Simetrías como definición de cargas de partículas

Las modernas teorías realistas de física de partículas se construyen a partir del requisito de que exista un grupo de simetría que defina las cantidades que se conservan en todos los procesos descritos por la teoría (propagación libre, interacciones). Este grupo de simetría se da como el producto directo de subgrupos de simetría cinemática (el grupo de Poincaré) y simetría intrística (de interacción) (como la simetría del modelo estándar).

Desde el punto de vista matemático, la partícula se define como representaciones irreducibles del grupo de Poincaré. Al usar la clasificación de Wigner de representación irreducible y (en cierto sentido) hechos experimentales, podemos clasificar todas las partículas libres por el espín$s$y masa$m$(si la partícula es masiva) o por helicidad$h$(si la partícula no tiene masa). Estas cantidades (cargas) son las cantidades más importantes de la partícula y existen independientemente de la medición.

La mayoría de las interacciones se describen mediante el modelo estándar, cuyo grupo de simetría local (es decir, posee interacciones) es simplemente

$$G_{\text{local}}\sim SU_{c}(3)\times SU_{L}(2)\times U_{Y}(1),$$ y sus representaciones adjuntas se realizan mediante campos de calibre. La propiedad de la partícula dada de interactuar a través de estos campos (hecho experimental, que define no el valor de la cantidad de cargas, sino la existencia de interacción) define las cargas bajo subgrupos del grupo de simetría SM.

También hay un hecho experimental de que en el caso de bajas energías se conserva el número de partículas de un tipo dado, lo que define el grupo de simetría global - grupo de simetría de bariones y leptones:

$$G_{\text{global}}\sim U_{B}(1)\times U_{e}(1)\times U_{\mu}(1)\times U_{\tau}(1),$$ de modo que el grupo completo de simetría intrística de la mayoría de las interacciones es $$G_{\text{intr}} \sim G_{\text{local}}\times G_{\text{global}}$$

Cargas de partículas como propiedades intrísticas

Las propiedades intrísticas de la partícula elemental son el conjunto de características más fundamentales que la definen.

La existencia de cantidades intristis cinemáticas independientes en medidas experimentales (masa y espín, o helicidad) de la partícula elemental proviene del único hecho experimental: nuestro mundo es en buena aproximación Poincaré-simétrico. Así, cada partícula que vive en nuestro mundo tiene masa y espín o helicidad. Esto significa que estas cantidades son propiedades intrínsecas de la partícula: al establecer valores de masa y espín (o helicidad) tratamos con la partícula libre dada.

Los valores de las cargas del grupo de simetría local (más correctamente, sus proporciones) de partículas elementales en el modelo estándar están sorprendentemente fijados por el propio SM a través del requisito de autoconsistencia (más precisamente, por el requisito de la unitaridad). Por ejemplo, el hecho de la cuantificación de la carga se deriva de dicho requisito.

Entonces, al principio, lo único que necesitamos del experimento es arreglar: la partícula interactúa a través de ese campo de calibre, o no lo hace. En cierto sentido, solo necesitamos recopilar datos experimentales sobre la propiedad de todas las partículas para interactuar o no, y luego los requisitos fundamentales, como la unitaridad, fijarán sus proporciones. Finalmente, dado que experimentalmente vemos que la interacción de cada partícula está definida solo por estas cargas, y para cada partícula dada (con masa y espín dados o con helicidad dada) esta propiedad no cambia, podemos concluir de la definición que estas cargas son intrísticas. propiedades de la partícula elemental.

Los valores de las cargas globales intrísticas, como las cargas de leptones y bariones, provienen del hecho de medir el número conservado de partículas del tipo dado. Es decir, solo vemos que el número total de electrones y neutrinos electrónicos menos el número total de positrones y antineutrinos electrónicos se conserva en todas las interacciones, y esto define el número de leptones electrónicos como una propiedad intrística.