Почему слабое взаимодействие различает леворукость и праворукость?

Мне интересно, почему слабое взаимодействие влияет только на левые частицы (и правые античастицы).

Прежде чем кто-то скажет «потому что так устроена природа» :-), позвольте мне объяснить то, что, по моему мнению, нуждается в объяснении:

В пределе безмассовых фермионов хиральность (хиральность) становится спиральностью ( С → ⋅ п ^ ) . Теперь спиральность — это свойство состояния движения объекта в пространстве. Для меня довольно неочевидно, как внутренняя симметрия С U ( 2 ) × U ( 1 ) будет «знать» об этом и сможет различать два разных состояния спиральности движения.

На более техническом уровне IIRC, левые и правые спиноры различаются своими свойствами преобразования при определенных преобразованиях пространства-времени и определяются независимо от какой-либо внутренней симметрии. Если мы хотим получить наблюдаемое поведение, нарушающее VA/четность, мы должны добавить коэффициент ( 1 − γ 5 ) явно в лагранжиан.

Есть ли причина, по которой это должно быть так? Почему нет силовой связи только с правозакрученными частицами? Почему нет ( 1 + γ 5 ) срок? Может быть, она существует на более фундаментальном уровне, но эта симметрия нарушена?

Э... "почему" иногда трудно ответить, когда вы спрашиваете о простом наблюдаемом факте. По крайней мере, пока у вас не появится более фундаментальная теория.
Да, конечно :-). Есть некоторые наблюдения, которые просто принимаются как факты природы, но иногда можно попытаться найти более глубокое понимание, пытаясь их объяснить. Тот факт, что все планеты (почти) находятся в одной плоскости, можно считать само собой разумеющимся или он может что-то рассказать нам о формировании Солнечной системы. Или мы можем просто отметить, что элементарные частицы имеют массы, и подставить их в наши уравнения (и жить с непоследовательной теорией, но природа не обязательно заботится о математической элегантности), или мы можем рассуждать о EWSB и механизме Хиггса.
@jdm: В настоящее время нет более глубокого понимания нарушения сохранения четности в слабом взаимодействии. Если вы узнаете, вы вполне можете получить Нобелевскую премию.
@Karsus Ren: Легче сказать, чем сделать :-)
См. Также: Ричард Файнман обсуждает «Почему?» вопросы на фундаментальном уровне на примере «Почему магниты отталкиваются?» (Стоит посмотреть из-за явного блеска объяснения) Ричард Фейнман. Почему. Интервью BBC, 7:32 мин, на youtu.be/36GT2zI8lVA
Вот некоторые возможные причины. Может быть, эта вселенная не реальна и просто смоделирована другой вселенной, чьи законы неизменны относительно четности, такой как игра жизни Конвея. Возможно, наблюдаемые законы представляют собой более строгий набор законов, чем фундаментальные законы, которые инвариантны относительно четности, а дисперсия четности возникает по той же причине, что и гомохиральность биологических молекул на Земле.

Ответы (4)

Я думаю, что вы как бы переворачиваете логику хиральности и спиральности в безмассовом пределе. Хиральность определяет, в какое представление группы Лоренца трансформируются ваши спиноры Вейля. Она не «становится» спиральностью, спиральность «становится» хиральностью в безмассовом пределе. То есть хиральность — это то, что она есть, и она определяет представление группы, и это не может измениться. Другая вещь, которую мы определили, называемая спиральностью, оказывается той же самой вещью в определенном пределе.

Теперь, когда вы принимаете безмассовый предел, фермионы Вейля движутся со скоростью света, вы больше не можете разгоняться до системы отсчета, которая переключает спиральность. Я думаю, что в этом случае лучше всего думать о члене массы фермиона как о взаимодействии и помнить, что массивный член фермиона Дирака — это группа левых и правых парней Вейля, которые натыкаются друг на друга по пути. И наоборот, если вы хотите поговорить о полном массивном фермионе Дирака, который путешествует меньше, чем c, и вы можете увеличить его, чтобы изменить спиральность, но этот полный фермион Дирака не несет слабый заряд, а только его «кусок».

См. этот пост в блоге о спиральности и хиральности.

Что касается нарушения лево-правой симметрии , люди, безусловно, построили модели в этом направлении, но я не думаю, что они сработали.

Отвечает ли это на ваш вопрос?

Мы будем, я знаю, что хиральность является внутренним свойством и не меняется, в то время как спиральность зависит от системы отсчета. Я мог бы сказать, что они стали одинаковыми, или между ними есть соответствие 1:1 и т. д.
Спасибо за ссылки. Первый очень приятный. И на самом деле ваш последний абзац о лево-правосимметричных теориях был именно тем, что я искал.

Объяснение простое: все частицы, которые мы можем видеть, хиральны, у них есть только однонаправленность, потому что, если бы у них была двунаправленность, они могли бы получить массу, и в общем случае эта масса была бы на порядок больше массы Планка. Мы живем в энергетических масштабах, которые ничтожны по сравнению с планковской массой, поэтому мы можем видеть только безмассовые вещи, поэтому мы видим только киральные фермионы (и калибровочные бозоны).

Правильный вопрос тогда звучит наоборот: если все кирально, то почему тогда электромагнитное и сильное взаимодействия не нарушают четность?

Это связано с тем, что механизм Хиггса объединяет хиральные частицы в массивные дираковские частицы при более низких энергиях, и только бозоны W, Z знают, что они были киральными с самого начала. При низких энергиях вы получаете четность и зарядовое сопряжение как случайные симметрии, потому что это симметрии низкоэнергетического лагранжиана Дирака, связанного с оставшимися фотонами и глюонами.

Что касается нейтрино, то киральное нейтрино может иметь майорановскую массу, имея при этом только одну киральность, и именно это, безусловно, происходит в природе, поскольку эта схема правильно предсказывает массу, а эта масса абсурдно мала.

Рон, например, если и левый, и правый фермионы живут в одном и том же представлении SU(2), почему они должны иметь массу порядка масштаба Планка?
@Newman: Потому что в лагранжиане будет параметр с массой измерения, дающий им массу, и почему он должен быть настроен на что-то очень маленькое?
но не будет ли киральной симметрии в пределе масс, так что будет выполнено условие естественности_
@Newman: Я не согласен с тем, что это правильное утверждение условия естественности. «Хиральная симметрия» не является правильным условием. «Калибровочная инвариантность, запрещающая массовые члены» — правильное условие. Когда вы искусственно записываете 2-спиноры как 2 компонента 4-спиноров, это выглядит как киральная симметрия, потому что это то, что разделяет два других компонента, но это условный прием. На самом деле это 2-спиноры. Зачем навязывать глобальную киральную симметрию? Я согласен с тем, что если вы наложите это, вы можете сделать естественную настройку m = 0, а это означает, что члены более высокого порядка не нарушат ее.

Нет ничего априорного, говорящего, что так и должно быть, и (я полагаю) нейтринные осцилляции теперь показали, что у них есть масса, которая подразумевает существование как правых, так и левых нейтрино. Тем не менее, лагранжиан по-прежнему серьезно смещен в сторону левостороннего взаимодействия. Так что в каком-то смысле это все еще очень левостороннее движение, но ничто не говорит о том, что связь с правосторонними частицами отсутствует.

Мы просто не наблюдаем сильной связи экспериментально.

Посмотрите (еще не решенный) вопрос о дираковской и майорановской природе нейтрино. Ненулевая масса необходима, но недостаточна для требования присутствия обеих рук.
@dmckee Хороший вопрос. Я давно не занимался физикой элементарных частиц. Я должен сделать обновление на это.
@unclejamil: (теоретически) почти наверняка, что нейтрино не имеют правого компонента и получают свою массу от смешивания с античастицей. Это открыто экспериментально, но теоретически можно было бы сделать любую ставку против дираковских масс. Хотя dmckee поправил вас, то, что вы написали, является противоположным тому, что наиболее вероятно, --- наиболее вероятно, что нейтрино - это массивная частица с двумя спиральностями, которая является собственной античастицей с нерелятивистскими скоростями.

Этот ответ похож на ответ Рона Маймона, но, возможно, он будет полезен.

Короче говоря, слабое взаимодействие не нарушает четности; только фермионы делают.

В Стандартной модели нет фермионов Дирака. В лагранжиане нет киральных проекций, потому что им не на что воздействовать. Гамма-матриц вообще нет, есть только двухкомпонентные спиноры Вейля и матрицы Паули.

При низкой температуре существуют некоторые комбинации полей Вейля, которые во многих практических целях ведут себя как фермионы Дирака. Если вы видите лагранжиан Стандартной модели со спинорами Дирака, это тот, в котором поля Вейля были объединены в пары «в ожидании», когда это низкоэнергетическое приближенное описание окажется полезным. Операторы киральной проекции предназначены для того, чтобы снова разделить их, где это необходимо. Технически они никогда не должны были объединяться. Слабое взаимодействие не проецирует; это человеческое изобретение.

Подобное Дираку поведение возникает из-за связей Юкавы, включающих поле Хиггса. Поле Хиггса имеет заряды SU(2) и U(1), но не имеет заряда SU(3), и в результате единственные возможные калибровочно-инвариантные юкавские взаимодействия возникают между фермионными полями, чьи заряды SU(3) совпадают, а заряды SU(2) совпадают. ) и U(1) зарядов нет. Калибровочные силы ничего из этого не «знают»; они соединяются с тем, что имеет заряд, но из-за того, как поля квази-Дирака связаны друг с другом, их половинки имеют несоответствующие заряды SU (2) и U (1), но равные заряды SU (3).

Как упоминалось в ответе Рона Маймона, правдоподобная причина, по которой это «должно быть таким», заключается в том, что нет ничего, что могло бы предотвратить прямую связь между зеркально-симметричными фермионными полями, то есть реальный массовый член, и нет известной причины, почему результирующая масса не сравнима с планковской массой. Так что мы, вероятно, не увидим симметричных фермионных полей, даже если они существуют. Почему существуют асимметричные фермионы — открытый вопрос. Я думаю, что от многих многообещающих подходов к квантовой гравитации пришлось отказаться, потому что они не могут приспособиться к киральным фермионам.

Почему слабое взаимодействие различает леворукость и праворукость?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v