Generasjon (partikkelfysikk) - Generation (particle physics)
I partikkelfysikk er en generasjon eller familie en deling av elementarpartiklene . Mellom generasjoner er partikler forskjellige med smakskvantum og masse , men deres elektriske og sterke interaksjoner er identiske.
Det er tre generasjoner i henhold til standardmodellen for partikkelfysikk. Hver generasjon inneholder to typer leptoner og to typer kvarker . De to leptonene kan klassifiseres i en med elektrisk ladning -1 (elektronlignende) og nøytral (nøytrino); de to kvarkene kan klassifiseres i en med ladning- 1 ⁄ 3 (ned-type) og en med ladning + 2 ⁄ 3 (opp-type). De grunnleggende egenskapene til quark-lepton-generasjon eller familier, som deres masse og blandinger etc., kan beskrives av noen av de foreslåtte familiesymmetriene .
| Fermion kategorier | Elementærpartikkel generasjon | |||
|---|---|---|---|---|
| Type | Undertype | Først | Sekund | Tredje |
|
Quarks ( farget ) |
ned-type | ned | rar | bunn |
| opp-type | opp | sjarm | topp | |
|
Leptoner ( fargefrie ) |
ladet | elektron | muon | tauon |
| nøytral | elektron nøytrino | muon nøytrino | tau nøytrino | |
Oversikt
Hvert medlem av en høyere generasjon har større masse enn den tilsvarende partikkelen fra den forrige generasjonen, med mulig unntak av nøytrinoene (hvis små, men ikke-null masser ikke er bestemt nøyaktig). For eksempel har førstegenerasjons elektronet en masse på bare0.511 MeV/ c 2 , andre generasjons muon har en masse på106 MeV/ c 2 , og tredje generasjon tau har en masse på1777 MeV/ c 2 (nesten dobbelt så tung som et proton ). Dette massehierarkiet får partikler av høyere generasjoner til å forfalle til den første generasjonen, noe som forklarer hvorfor daglig materie ( atomer ) bare er laget av partikler fra den første generasjonen. Elektroner omgir en kjerne laget av protoner og nøytroner , som inneholder opp og ned kvarker. Den andre og tredje generasjonen av ladede partikler forekommer ikke i normal materie og sees bare i ekstremt høyenergimiljøer som kosmiske stråler eller partikkelakseleratorer . Begrepet generasjon ble først introdusert av Haim Harari i Les Houches Summer School , 1976.
Neutrinoer av alle generasjoner strømmer gjennom universet, men samhandler sjelden med annen materie. Det er håp at en omfattende forståelse av forholdet mellom generasjonene av leptonene til slutt kan forklare forholdet mellom massene av de grunnleggende partiklene, og kaste ytterligere lys over massens natur generelt, fra et kvanteperspektiv.
Fjerde generasjon
Fjerde og videre generasjoner anses av mange (men ikke alle) teoretiske fysikere som usannsynlige. Noen argumenter mot muligheten for en fjerde generasjon er basert på subtile endringer presisjon elektrosvake observables at ekstra generasjoner ville overtale; slike modifikasjoner er sterkt ugunstige av målinger. Videre en fjerde generasjon med en 'lett' nøytrino (en med en masse mindre enn ca.45 GeV / c 2 ) er utelukket ved måling av desintegrasjons breddene til det Z-boson ved CERN 's stor elektron-positron Collider (LEP). Likevel fortsetter søk på høyenergikolliderer etter partikler fra en fjerde generasjon, men det er foreløpig ikke observert bevis. I slike søk er fjerde generasjons partikler betegnet med de samme symbolene som tredjegenerasjons partikler med en ekstra primtall (f.eks. B ′ og t ′ ).
Den nedre grensen for en fjerde generasjon kvark ( b ' , t' ) masser er for tiden på 1,4 TeV fra eksperimenter på LHC.
Den nedre grensen for en fjerde generasjons nøytrino ( ) masse er for tiden på rundt 60 GeV. (Millioner ganger større enn øvre grense for de andre 3 nøytrino -massene).
Den nedre grensen for en fjerde generasjon ladet lepton ( ) -masse er for tiden 100GeV og foreslått øvre grense på 1,2 TeV ut fra enhetshensyn.
Hvis Koide -formelen fortsetter å holde, ville massene i fjerde generasjon ladet lepton være 44 GeV (utelukket) og b ' og t' skulle være henholdsvis 3,6 TeV og 84 TeV. (Maksimal mulig energi for protoner i LHC er omtrent 6 TeV.)
Opprinnelse
Hvorfor er det tre generasjoner med kvarker og leptoner? Er det en teori som kan forklare massene av bestemte kvarker og leptoner i bestemte generasjoner fra første prinsipper (en teori om Yukawa -koblinger)?
Opprinnelsen til flere generasjoner av fermioner, og den spesielle tellingen på 3 , er et uløst fysikkproblem . Stringteori gir en årsak til flere generasjoner, men det spesielle tallet avhenger av detaljene i komprimeringen eller D-brane- kryssene. I tillegg inneholder E 8 grand unified teorier i 10 dimensjoner som er komprimert på visse orbifolds ned til 4 -D naturligvis 3 generasjoner materie. Dette inkluderer mange heterotiske strengteorimodeller .