Число лептона - Lepton number

В физика элементарных частиц, лептонное число (исторически также называется лептонный заряд)^[1] это консервированный квантовое число представляющий разницу между количеством лептоны и количество антилептоны в реакции элементарных частиц.^[2] Число лептона является добавкой квантовое число, поэтому его сумма сохраняется во взаимодействиях (в отличие от мультипликативных квантовые числа например, паритет, когда вместо этого сохраняется продукт). Математически лептонное число ${\displaystyle L}$ определяется ${\displaystyle L=n_{\ell }-n_{\overline {\ell }}}$, куда ${\displaystyle n_{\ell }}$ это количество лептонов и ${\displaystyle n_{\overline {\ell }}}$ - количество антилептонов.

Число Лептона было введено в 1953 году для объяснения отсутствия таких реакций, как ${\displaystyle {\bar {\nu }}+n\rightarrow p+e^{-}}$ в Нейтринный эксперимент Коуэна – Райнеса, который вместо этого наблюдал ${\displaystyle {\bar {\nu }}+p\rightarrow n+e^{+}}$.^[3] Этот процесс, обратный бета-распад, сохраняет лептонное число, так как входящие антинейтрино имеет лептонное число –1, а исходящий позитрон (антиэлектрон) также имеет лептонное число –1.

Сохранение вкуса лептона

Помимо лептонного числа, числа лептонных семейств определяются как

• L_е , номер электрона, для электрон и электронное нейтрино;
• L_μ , число мюонов, для мюон и мюонное нейтрино; и
• L_τ , число тау, для тау и тау-нейтрино.

Яркими примерами сохранения лептонного аромата являются мюонный распад ${\displaystyle \mu ^{-}\to e^{-}+{\overline {\nu }}_{e}+\nu _{\mu }}$ и ${\displaystyle \mu ^{+}\to e^{+}+\nu _{e}+{\overline {\nu }}_{\mu }}$. В них создание электрон сопровождается созданием электронный антинейтрино, а рождение позитрона сопровождается рождением электронного нейтрино. Точно так же распадающийся отрицательный мюон приводит к созданию мюонное нейтрино, а распадающийся положительный мюон приводит к рождению мюонного антинейтрино.

Нарушение закона сохранения лептонного числа

Лептонный аромат сохраняется только приблизительно и, в частности, не сохраняется в осцилляция нейтрино.^[4] Однако полное лептонное число все еще сохраняется в Стандартной модели.

Многочисленные поиски физика за пределами Стандартной модели включить поиск лептонного числа или нарушения лептонного аромата, например распадов ${\displaystyle \mu ^{-}\to e^{-}+\gamma }$.^[5] Такие эксперименты, как MEGA и SINDRUM, искали нарушение лептонного числа при распаде мюонов на электроны; МЭГ установить текущий лимит ветвления порядка 10⁻¹³ и планирует снизить до лимита до 10⁻¹⁴ после 2016 г.^[6] Некоторые теории, выходящие за рамки Стандартной модели, такие как суперсимметрия, прогнозируем коэффициенты ветвления порядка 10⁻¹² до 10⁻¹⁴.^[5] В Mu2e эксперимент, строящийся по состоянию на 2017 год, имеет плановую чувствительность порядка 10⁻¹⁷.^[7]

Поскольку закон сохранения лептонного числа фактически нарушается хиральные аномалии, существуют проблемы с универсальным применением этой симметрии во всех энергетических масштабах. Однако квантовое число B − L обычно сохраняется в Теория Великого Объединения модели.

Если нейтрино окажутся Майорана фермионы, ни лептонное число, ни B − L будут сохранены, например в безнейтринном двойной бета-распад.

Смотрите также

• Барионное число

Рекомендации

1. Грибов, В .; Понтекорво, Б. (1969-01-20). «Нейтринная астрономия и лептонный заряд». Письма по физике B. 28 (7): 493–496. Bibcode:1969ФЛБ ... 28..493Г. Дои:10.1016/0370-2693(69)90525-5. ISSN  0370-2693.
2. Гриффитс, Дэвид Дж. (1987). Введение в элементарные частицы. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN  978-0-471-60386-3. ;Типлер, Пол; Ллевеллин, Ральф (2002). Современная физика (4-е изд.). В. Х. Фриман. ISBN  978-0-7167-4345-3.
3. Конопинский, Э. Дж .; Махмуд, Х. М. (1953-11-15). «Универсальное ферми-взаимодействие». Физический обзор. 92 (4): 1045–1049. Bibcode:1953ПхРв ... 92.1045К. Дои:10.1103 / Physrev.92.1045.
4. Fukuda, Y .; и другие. (Сотрудничество Супер-Камиоканде) (1998-08-24). «Свидетельства колебаний атмосферных нейтрино». Письма с физическими проверками. 81 (8): 1562–1567. arXiv:hep-ex / 9807003. Bibcode:1998ПхРвЛ..81.1562Ф. Дои:10.1103 / PhysRevLett.81.1562.
5. Adam, J .; и другие. (Сотрудничество MEG) (21 октября 2011 г.). «Новый предел распада от mu + до e + gamma, нарушающего вкус лептона». Письма с физическими проверками. 107 (17): 171801. arXiv:1107.5547. Bibcode:2011PhRvL.107q1801A. Дои:10.1103 / PhysRevLett.107.171801. PMID  22107507. S2CID  119278774.
6. Бальдини, А. М .; и другие. (Сотрудничество MEG) (май 2016 г.). "Поиск лептона, нарушающего распад μ⁺→ е⁺γ с полным набором данных эксперимента MEG ". arXiv:1605.05081 [hep-ex ].
7. Квон, Диана (2015-04-21). «Mu2e открывает новые возможности для экспериментов по поиску новой физики». Национальная ускорительная лаборатория Ферми. Получено 2017-12-08.