Hyperladning - Hypercharge

I partikkelfysikk er hyperladning (et portmanteau av hyperonisk og ladning ) Y til en partikkel et kvantetall bevart under den sterke interaksjonen . Konseptet med hyperladning gir en enkelt ladningsoperatør som står for egenskapene til isospin , elektrisk ladning og smak . Hyperladningen er nyttig for å klassifisere hadroner ; den tilsvarende navngitte svake hyperladningen har en analog rolle i elektrosvak interaksjon .

Definisjon

Hypercharge er et av to kvantetall i SU (3) -modellen av hadroner , sammen med isospin   I ₃ . Isospinen alene var tilstrekkelig for to kvarksmaker - nemlig
u
og
d
- mens det i dag er kjent 6  smaker av kvarker.

SU (3) vektdiagrammer (se nedenfor) er todimensjonale, med koordinatene som refererer til to kvantetall: I ₃ (også kjent som I _z ), som er z-  komponenten i isospin, og Y , som er hyperladningen (den summen av merkelighet   S , sjarm   C , bunnhet   B ′ , topphet   T ′ og baryon nummer   B ). Matematisk er hyperladning

${\ displaystyle Y = B + S + C + B '+ T' ~.}$

Sterke interaksjoner sparer hyperladning (og svak hyperladning ), men svake interaksjoner gjør det ikke .

Forhold med elektrisk ladning og isospin

Den Gell-Mann-Nishijima formel angår isospin og elektrisk ladning

${\ displaystyle Q = I_ {3} + {\ tfrac {1} {2}} Y,}$

hvor I ₃ er den tredje komponenten av isospin og Q er partikkelens ladning.

Isospin lager multipletter av partikler hvis gjennomsnittlige ladning er relatert til hyperladning ved å:

${\ displaystyle Y = 2 {\ bar {Q}}.}$

siden hyperladningen er den samme for alle medlemmer av en multiplett, og gjennomsnittet av I _3- verdiene er 0.

SU (3) modell i forhold til hyperladning

SU (2) -modellen har multipletter preget av et kvantetall J , som er det totale vinkelmomentet . Hver multiplett består av 2 J + 1 substates med lik avstand verdier av J _z , danner en symmetrisk ordning sett i atomspektra og isospin. Dette formaliserer observasjonen om at visse sterke baryonforfall ikke ble observert, noe som førte til spådom av massen, underligheten og ladningen av
Ω ^-
baryon .

SU (3) har supermultipletter som inneholder SU (2) multipletter. SU (3) trenger nå to tall for å spesifisere alle delstatene som er betegnet med λ ₁ og λ ₂ .

( λ ₁ + 1) spesifiserer antall punkter i den øverste siden av sekskanten, mens ( λ ₂ + 1) spesifiserer antall punkter på bunnen.

Eksempler

• Den nukleon gruppen ( protoner med Q = 1 og nøytroner med Q = 0 ) har en gjennomsnittlig ladning på + + 1 / 2 , så de har begge hyperlading Y = 1 (siden baryontallet B = +1, og S = C = B ' = T' = 0 ). Fra Gell-Mann – Nishijima-formelen vet vi at proton har isospin I ₃ = + + 1 / 2 , mens nøytron har I ₃ = - + 1 / 2 .
• Dette fungerer også for kvarker : For opp kesam, med en kostnad på + + 2 / 3 , og en I ₃ av + + 1 / 2 , utleder vi en hyperlading på 1 / 3 , på grunn av sitt baryonnummer (siden tre kvarker utgjør en baryon, har hver kvark et baryonnummer på + + 1 / 3 ).
• For en merkelig kvark, med elektrisk ladning - + 1 / 3 , et baryontall på + + 1 / 3 , og merkelighet −1, vi får en hyperladning Y = - + 2 / 3 , så vi utleder at I ₃ = 0. Det betyr at en fremmed kvark gjør en isospin sing av sin egen (det samme som skjer med mål , bunn og topp quarks), mens opp og ned utgjør en isospin dublett.

Praktisk foreldelse

Hypercharge var et konsept utviklet på 1960-tallet, for å organisere grupper av partikler i " partikkelzoo " og for å utvikle ad hoc- bevaringslover basert på deres observerte transformasjoner. Med ankomsten av kvarkmodellen er det nå åpenbart at sterk hyperladning, Y , er følgende kombinasjon av tallene opp  ( n _u ), ned  ( n _d ), merkelig  ( n _s ), sjarm  ( n _c ), topp  ( n _t ) og bunn  ( n _b ):

${\ displaystyle Y = {\ tfrac {1} {3}} n _ {\ textrm {u}} + {\ tfrac {1} {3}} n _ {\ textrm {d}} - {\ tfrac {2} { 3}} n _ {\ textrm {s}} + {\ tfrac {4} {3}} n _ {\ textrm {c}} - {\ tfrac {2} {3}} n _ {\ textrm {b}} + {\ tfrac {4} {3}} n _ {\ textrm {t}} ~.}$

I moderne beskrivelser av hadron- interaksjon har det blitt mer åpenbart å tegne Feynman-diagrammer som sporer gjennom de enkelte konstituerende kvarkene (som er konservert) som komponerer de interagerende baryonene og mesonene , i stedet for å bry å telle sterke kvantetall for høyt ladning. Svak hyperladning er imidlertid fortsatt en viktig del av forståelsen av elektrosvak interaksjon .

Referanser

• Semat, Henry; Albright, John R. (1984). Introduksjon til atom- og kjernefysikk . Chapman og Hall. ISBN   978-0-412-15670-0 .