В какой степени в Стандартной модели связаны поколения лептонов и кварков?

Стандартная модель физики элементарных частиц разделяет и лептоны, и кварки на три поколения, при этом масса и нестабильность возрастают от первого к третьему поколению. Обычно они отображаются вместе в одних и тех же строках или столбцах таблицы элементарных частиц:

В этом есть некоторый смысл: каждый заряженный лептон связан со своим нейтрино в большинстве фейнмановских вершин, в которых он появляется, а кварки связаны друг с другом своими зарядами, если не чем иным. Однако я не могу придумать, каким образом СМ формально связывает, скажем, мюоны и странные кварки. Есть ли какая-то явная связь с взаимодействием конкретных поколений? Или это просто совпадение, что в обеих лестницах по три ступени с возрастающей массой на обеих?

Ответы (3)

Есть ли какая-то явная связь с взаимодействием конкретных поколений? Или это просто совпадение, что в обеих лестницах по три ступени с возрастающей массой на обеих?

В SM нет взаимодействий, специфичных для поколения, кроме цвета, который не учитывается. Система табуляции поколений просто выстраивает состояния в соответствии с возрастающей массой — по-прежнему загадочная закономерность; вот почему на сегодняшний день собственные состояния массы нейтрино ν 1 , 2 , 3 еще не были отнесены к поколениям, ожидая полного экспериментального подтверждения нормальной иерархии/порядка ( ν е , мю , т не являются массовыми собственными состояниями и были на этой диаграмме, чтобы просто запутать и злоупотребить; к счастью, они уходят ). Увеличение массы не случайно: это принцип построения.

Слабые взаимодействия из-за слабого смешивания перескакивают через все поколения , и нейтрино сильно смешиваются, в отличие от кварков, у которых углы смешивания малы. Таким образом, скремблирование зеленых столбцов ничего не сделает с физикой, если вы позаботитесь о том, чтобы переписать свою матрицу PMN, чтобы отразить изменение маркировки. Конечно, вам нужно, чтобы число состояний, которое вы видите в таких таблицах, совпадало, 3 ступени с 3 звеньями, в любом порядке, чтобы предотвратить калибровочные аномалии, лишающие законной силы калибровочную инвариантность, но назначение состояний в поколениях, порядок ступени, в основном произвольно.

В спекулятивных ТВО (таких как SU Джорджи-Глэшоу(5)) пытаются связать массы фермионов (см. (22) , поскольку лептоны и кварки помещаются в общие представления, 5 и 10 ; но, опять же, альтернативные неэквивалентные модели раскачивают лептоны вокруг связывания их с разными кварками, чтобы адаптироваться к отрицательным результатам распада протона.Так что, действительно, такие альтернативные спекулятивные модели используют в своих интересах свободу СМ для перестановки зеленых столбцов .

Да, они очень сильно связаны. Помимо классификации в поколениях и написания действия классической теории поля для Стандартной модели, Стандартная модель должна быть квантовой теорией с хорошим поведением. В частности, квантовые калибровочные теории с киральными (левовинтовыми) фермионами приводят, вообще говоря, к появлению калибровочных аномалий . Если они появляются, они делают исходную теорию недействительной, если рассматривать ее как квантовую теорию. Выяснилось, что одно полное поколение - заряженные нейтрино лептонные верхние и нижние кварки приводит к устранению аномалии, а частичное - нет, что делает теорию недействительной как квантовую теорию. Смотрите обсуждение на stackexchange , или пример лекции на эту тему.

Боюсь, это не вопрос ОП: он спрашивает, почему, например, лептонный дублет 2-го поколения привязан к кварковому, а не кварковому дублету 3-го, и наоборот. Аномалии отменяются в каждом поколении, но, например, во втором нет внутренней «второстепенности». Люди просто сложили эти поколения из лептона и кварков исторически , поэтому упорядочили по массе.
Хм. В этой форме на самом деле неправильно говорить, что поколения вообще разделены в СМ. То есть в базисе масс между поколениями смешаны и кварки, и лептоны (нейтрино). Причем перемешивание довольно сильное, особенно для нейтрино. Таким образом, порядок трех пар лептонов и пар кварков действительно произволен для чистой СМ, но существование трех и тех, и других — нет .
Моя точка зрения точно . Поскольку смешивание кварков мало, люди могли и делают!, небрежно говорить о связанных слабых и массовых собственных состояниях. Но поскольку смешивание нейтрино огромно, говоря о массах ν е и т. д. "даже не так".
Первые комментарии @Cosmas правильно понимают суть моего вопроса. Однако я не знал о смешивании кварков. Есть ли подобное смешение массы/аромата заряженных лептонов?
@Emilio Вот мой собственный ответ на вопрос: они смешиваются , но вам нужно привязаться к некоторым собственным состояниям массы, поэтому мы называем собственные состояния массы e, μ, τ , а их слабые изопартнеры в этом случае являются смесями собственных состояний массы нейтрино. Когда мы производим заряженные лептоны из собственного состояния массы нейтрино, таких смешанных состояний, которые колеблются так быстро из-за их больших масс, что к тому времени, когда они попадают в детектор, они декогерентируются до смесей собственных состояний массы заряженных лептонов .
Я должен был оставить ответ Любоша , в котором говорилось о декогеренции.

Два комментария, которые должны были быть ответами:

Насколько мне известно, ничто не препятствует тому, чтобы любые два зеленых столбца (дублета) заменялись местами, оставляя фиолетовые без изменений, и наоборот. Исторически сложилось, что они упорядочены по массе слева направо, но для сильно смешанных состояний нейтрино такая классификация в лучшем случае сбивает с толку. «Поколенческий ранг» — нехорошее квантовое число! — Космас Захос

Исторически связь была результатом физической интуиции Геллмана. Я слышал, как он говорил об этой связи сразу после открытия тау- и очарованного кварков, и это привело его к предсказанию b- и t-кварков. Я не помню, чтобы он приводил какую-либо физическую причину связи. — Льюис Миллер

В какой степени в Стандартной модели связаны поколения лептонов и кварков?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v