No Modelo Padrão das interações eletrofracas da física de partículas, a hipercarga fraca é um número quântico que relaciona a carga elétrica com o terceiro componente do isospin fraco . É frequentemente denotado e corresponde à simetria de calibre U(1) .
Ela é conservada (somente termos que são globalmente neutros de hipercarga fraca são permitidos no Lagrangeano). No entanto, uma das interações é com o campo de Higgs . Como o valor esperado do vácuo do campo de Higgs é diferente de zero, as partículas interagem com esse campo o tempo todo, mesmo no vácuo. Isso muda sua hipercarga fraca (e isospin fraco). Apenas uma combinação específica deles, (carga elétrica), é conservada.
Matematicamente, a hipercarga fraca parece com a fórmula de Gell-Mann-Nishijima para a hipercarga de interações fortes (essa que não é conservada em interações fracas e é zero para léptons).
Na teoria eletrofraca, transformações SU(2) comutam com transformações U(1) por definição e, portanto, a carga U(1) (por exemplo, quarks up e down levógiros) e p dubleto SU(2) tem que ser igual. É por isso que U(1) não pode ser identificado com U(1) em e uma hipercarga fraca deve ser introduzida.
A hipercarga fraca foi introduzida pela primeira vez por Sheldon Glashow em 1961.
Definição miniaturadaimagem|300x300px| ângulo de Weinberg e relação entre as constantes de acoplamento g, g ′ e e . Adaptado de Lee (1981). A hipercarga fraca é o gerador de componentes U(1) do grupo de gauge e isso associa o campo quântico com o campo quântico eletrofraco para produzir o bóson de gauge Z observado e o fóton da eletrodinâmica quântica .
A hipercarga fraca satisfaz a relação
onde é a carga elétrica (na unidade de carga elementar ) e é o terceiro componente do isospin fraco (o componente SU(2)).
Rearranjando, a hipercarga fraca pode ser explicitamente definida como:
família do férmion Férmions quirais esquerdos Férmions quirais direitos Cargaelétrica Isospin Fraco Hipercarga fraca Cargaelétrica Isospin fraco Hipercarga fraca léptonsve,vμ,vτ 0 + − 1 align="center"; align="center"; 00,, − 1 − − 1R,R,R − 1 0 − 2 quarks, , + + +R, R, R + 0 + d, s, b − − +dR, sR, bR − 0 − onde "levógiro" e "dextrógiro" aqui são os quirais esquerdo e direito, respectivamente (não confundir com helicidade ). A hipercarga fraca para um anti-férmion é oposta do férmion correspondente porque a carga elétrica e a terceira componente do isospin fraco trocam de sinal sob a conjugação de carga . Interação mediada bóson Carga Elétrica Isospin fraco Hipercarga fraca FracoW+/- ±1 ±1 0Z0 0 0 0 eletromagnéticoγ0 0 0 0 Forteg 0 0 0 higgsH0 0 − +1 direita|miniaturadaimagem|300x300px| O padrão de isospin fraco, , e hipercarga fraca, , das partículas elementares conhecidas, mostrando carga elétrica, , ao longo do ângulo de Weinberg. O campo de Higgs neutro (circulado) quebra a simetria eletrofraca e interage com outras partículas para dar-lhes massa. Três componentes do campo de Higgs tornam-se parte dos massivos bósons W e Z. A soma do isospin negativo e da carga positiva é zero para todos os bósons de gauge; consequentemente, todos os bósons eletrofracos de gauge têm
As atribuições da hipercarga no Modelo Padrão são determinadas até uma dupla ambiguidade, pelo requerimento de cancelar todas as anomalias.
Escala média-alternativa Por conveniência, a hipercarga fraca é geralmente representada na escala média, então
o qual é igual à carga elétrica média das partículas no multipleto de isospin .
Número de bariônico e Leptônico A hipercarga fraca é relacionada ao número bariônico menos o número de leptônico por meio da relação:
onde X é um número quântico conservado na Grande Teoria Unificada. Como a hipercarga fraca é sempre conservada no Modelo Padrão e na maioria das extensões, isso implica que o número bariônico menos o número de leptônico também é sempre conservado.
Decaimento de nêutrons
Portanto, o decaimento de nêutrons conserva o número bariônico e o número leptônico separadamente, então é também conservado.
Decaimento do próton O decaimento do próton é uma previsão de muitas teorias da grande unificação .
Portanto, esse hipotético decaimento de prótons conservaria , apesar de que isso violaria a conservação de ambos os números leptônicos e bariônicos individualmente.
Ver também
Modelo Padrão (formulação matemática) carga fraca
Referências
Categoria:Física nuclear Categoria:Modelo Padrão Categoria:Teoria eletrofraca