Генерация (физика элементарных частиц)
В физике элементарных частиц или поколение семья — это разделение элементарных частиц . Между поколениями частицы различаются ароматным квантовым числом и массой , но их электрические и сильные взаимодействия идентичны.
Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц существует три поколения. Каждое поколение содержит два типа лептонов и два типа кварков . Два лептона можно разделить на один с электрическим зарядом -1 (электроноподобный) и нейтральный (нейтрино); два кварка можно разделить на один с зарядом — 1 ⁄ 3 (нижнего типа) и один с зарядом + 2 ⁄ 3 (верхний тип). Основные особенности генерации или семейств кварков-лептонов, такие как их массы, смешивание и т. д., могут быть описаны некоторыми из предложенных симметрий семейств .
| фермионов Категории | элементарных частиц Генерация | |||
|---|---|---|---|---|
| Тип | Подтип | Первый | Второй | Третий |
| Кварки ( цветной ) | вниз-типа | вниз | странный | нижний |
| повышенного типа | вверх | очарование | вершина | |
| Лептоны (бесцветный) | заряженный | электрон | мюон | перерыв |
| нейтральный | электронное нейтрино | нейтрино умирает | тау-нейтрино | |
Обзор
[ редактировать ]Каждый представитель более высокого поколения имеет большую массу, чем соответствующая частица предыдущего поколения, за исключением, возможно, нейтрино ( чьи небольшие, но ненулевые массы точно не определены). первого поколения Например, электрон имеет массу всего 0,511 МэВ/ с. 2 второго поколения , мюон имеет массу 106 МэВ/ с. 2 третьего поколения , а тау имеет массу 1777 МэВ/ с. 2 (почти в два раза тяжелее протона ) . Эта массовая иерархия [1] заставляет частицы более высоких поколений распадаться до первого поколения, что объясняет, почему повседневная материя ( атомы ) состоит из частиц только первого поколения. Электроны окружают ядро , состоящее из протонов и нейтронов , содержащее верхние и нижние кварки. Второе и третье поколения заряженных частиц не встречаются в обычной материи и наблюдаются только в средах с чрезвычайно высокими энергиями, таких как космические лучи или ускорители частиц . Термин «поколение» впервые был введен Хаимом Харари в Летней школе Ле Уша в 1976 году. [2] [3]
Нейтрино всех поколений циркулируют по Вселенной, но редко взаимодействуют с другой материей. [4] Есть надежда, что всестороннее понимание взаимосвязи между поколениями лептонов может в конечном итоге объяснить соотношение масс фундаментальных частиц и пролить дополнительный свет на природу массы в целом с квантовой точки зрения. [5]
Четвертое поколение
[ редактировать ]Многие (но не все) физики-теоретики считают четвертое и последующие поколения маловероятными. Некоторые аргументы против возможности четвертого поколения основаны на тонких модификациях прецизионных электрослабых наблюдаемых, которые могут вызвать дополнительные поколения; такие модификации категорически не одобряются измерениями. Кроме того, четвертое поколение с «легким» нейтрино (с массой менее примерно 45 ГэВ/ с) 2 ) был исключен измерениями ширины распада Z-бозона на (LEP) ЦЕРН Большом электрон-позитронном коллайдере . [6] Тем не менее, поиски частиц четвертого поколения на коллайдерах высоких энергий продолжаются, но доказательств пока не обнаружено. [7] В таких поисках частицы четвертого поколения обозначаются теми же символами, что и частицы третьего поколения, с добавленным штрихом (например, b' и t' ).
Нижняя граница масс кварков ( b' , t' ) четвертого поколения в настоящее время составляет 1,4 ТэВ по результатам экспериментов на БАКе. [8]
Нижняя граница массы нейтрино четвертого поколения ( ν' τ ) в настоящее время составляет около 60 ГэВ (в миллионы раз больше, чем верхняя граница для масс остальных трех нейтрино). [9]
Нижняя граница массы заряженного лептона ( τ ' ) четвертого поколения в настоящее время составляет 100 ГэВ, а предлагаемая верхняя граница составляет 1,2 ТэВ из соображений унитарности. [10]
Если формула Койде продолжит выполняться, массы заряженного лептона четвертого поколения составят 44 ГэВ (исключено), а b' и t' должны составлять 3,6 ТэВ и 84 ТэВ соответственно. (Максимально возможная энергия протонов в БАК составляет около 6 ТэВ.)
Источник
[ редактировать ]Происхождение нескольких поколений фермионов и конкретное число 3 — нерешенная проблема физики . Теория струн дает причину появления нескольких поколений, но конкретное число зависит от деталей компактификации пересечений D -бран . Кроме того, E 8 теории Великого объединения в 10 измерениях, компактизированные на определенных орбифолдах вплоть до 4-D, естественным образом содержат 3 поколения материи. [11] Сюда входят многие модели гетеротической теории струн . В стандартной квантовой теории поля при определенных предположениях одно фермионное поле может порождать несколько фермионных полюсов с отношением масс около e. п ≈23 и е 2 р ≈535 потенциально объясняет большое соотношение масс фермионов между последовательными поколениями и их происхождением. [1] Существование именно трех поколений с правильной структурой было, по крайней мере предварительно, выведено из первых принципов через связь с гравитацией. [12] Результат подразумевает объединение калибровочных сил в SU(5). Вопрос о массах нерешён, но это логически отдельный вопрос, относящийся к хиггсовскому сектору теории.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Блюмхофер, А.; Хаттер, М. (1997). «Структура семейства из периодических решений улучшенного уравнения щели». Ядерная физика Б . 484 (1): 80–96. Бибкод : 1997НуФБ.484...80Б . CiteSeerX 10.1.1.343.783 . дои : 10.1016/S0550-3213(96)00644-X . (Ошибка: два : 10.1016/S0550-3213(97)00228-9 )
- ^ Харари, Х. (5 июля - 14 августа 1976 г.). Балиан, Р.; Ллевеллин-Смит, CH (ред.). За гранью очарования . Слабые и электромагнитные взаимодействия при высоких энергиях. Материалы летней школы Les Houches . Том. 29. Лез Уш, Франция: Северная Голландия (опубликовано в 1977 г.). п. 613. Архивировано из оригинала 12 декабря 2012 года.
- ^ Харари, Х. (1977). «Три поколения кварков и лептонов» (PDF) . Ван Гёлер, Э.; Вайнштейн Р. (ред.). Материалы XII Rencontre de Moriond . п. 170. СЛАК-ПУБ-1974.
- ^ «Эксперимент подтверждает известную физическую модель» . Пресс-служба MIT (пресс-релиз). Массачусетский технологический институт . 18 апреля 2007 г.
- ^ Мак Грегор, MH (2006). «Дерево масс мюонов» с α-квантованными массами лептонов, кварков и адронов». arXiv : hep-ph/0607233 .
- ^ Декамп, Д.; и др. ( сотрудничество АЛЕФ ) (1989). «Определение числа видов легких нейтрино» . Буквы по физике Б. 231 (4): 519–529. Бибкод : 1989PhLB..231..519D . дои : 10.1016/0370-2693(89)90704-1 . hdl : 11384/1735 .
- ^ Амслер, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2008). «Кварки b' (4-го поколения), поиск» (PDF) . Буквы по физике Б. Обзор физики элементарных частиц. 667 (1): 1–1340. Бибкод : 2008PhLB..667....1A . дои : 10.1016/j.physletb.2008.07.018 . hdl : 1854/LU-685594 . S2CID 227119789 .
- ^ Сотрудничество CMS (8 мая 2019 г.). «Ускорение поиска кварков четвертого поколения» . ЦЕРН Курьер . Отчет об эксперименте CMS.
- ^ Карпентер, Линда М.; Раджараман, Арвинд (декабрь 2010 г.). «Пересмотр ограничений на массы нейтрино четвертого поколения». Физический обзор D . 82 (11): 114019. arXiv : 1005.0628 . Бибкод : 2010PhRvD..82k4019C . дои : 10.1103/PhysRevD.82.114019 . S2CID 119175322 .
АННОТАЦИЯ : Мы возвращаемся к текущим экспериментальным оценкам масс майорановских нейтрино четвертого поколения, включая эффекты правых нейтрино. Текущие границы LEP‑II существенно изменяются в результате глобального анализа. Мы показываем, что текущие границы для нейтрино четвертого поколения, распадающихся до e W и µ W, могут быть уменьшены примерно до 80 ГэВ (по сравнению с текущим ограничением в 90 ГэВ), в то время как нейтрино, распадающееся до τ W, может быть столь же легким, как 62,1 ГэВ. Ослабленная граница открывает канал распада нейтрино для бозона Хиггса промежуточной массы, а также интересные многочастичные конечные состояния для распада бозона Хиггса и лептона четвертого поколения.
- ^ Диге, Амол; Гош, Диптимой; Годболе, Рохини М.; Прасат, Арун (2012). «Большое массовое расщепление фермионов четвертого поколения, допускаемое исключением бозона Хиггса на LHC». Физический обзор D . 85 (11): 114035. arXiv : 1204.3550 . Бибкод : 2012PhRvD..85k4035D . дои : 10.1103/PhysRevD.85.114035 . S2CID 119204685 .
- ^ Мотл, Любош (13 июля 2021 г.). «Тороидальный орбифолд TOE «Чистая радость» E 8 SUSY» . Эталонный кадр . Проверено 23 августа 2021 г.
- ^ ван дер Бидж, Джей-Джей (28 декабря 2007 г.). «Космотопологическое соотношение для единой теории поля» . Физический обзор D . 76 (12): 121702. arXiv : 0708.4179 . дои : 10.1103/PhysRevD.76.121702 .