Являются ли нейтроны калибровочно нейтральными по отношению ко всем калибровочным силам?

Являются ли нейтроны калибровочно нейтральными по отношению ко всем калибровочным силам?

Нет. Нейтроны обладают значительным магнитным моментом и поэтому чувствуют магнитное поле.

Нейтрон состоит из кварков (и миллионов антикварков), как левых, так и правых киральных: термины массы кварков связывают их друг с другом, и оба вида играют определенную роль.

Кроме того, вы легко видите в обзоре PDG , что слабый гиперзаряд соединяется с обоими видами удивительно однобоко (Фейнман обычно называл это «косой»). Итак, по необходимости нейтрон не может быть слабо нейтральным.

Например, эффективный кварковый лагранжиан в СМ имеет такой термин, как

Но диапазон представленного здесь слабого взаимодействия составляет 0,1% размера нейтрона, один ферми, так что все это происходит глубоко внутри него, если вам нужна метафора сна. Трудно понять, на что была бы похожа «внешняя слабая сила». (Это может быть виртуальная псевдоскалярная связь, например$K^-$, но не обращайте внимания...) Таким образом, слабый изоспиновый заряд нейтрона представляет собой зефирную кашу, вычислимую в современной алгебре, и он не исчезает. (Ср. Erler & Su Progress in Particle and Nuclear Physics Volume 71, июль 2013 г., страницы 119-149.)

С аналогичными аргументами вы можете увидеть, что нейтральная токовая связь нейтрона отлична от нуля, и он исследует как L, так и R кварки внутри себя, потому что слабый гиперзаряд U (1) нетривиально связан с обоими. Но умная комбинация электромагнетизма Вайнберга остается неизменной, а тождество Уорда гарантирует, что взаимодействия фотона с нейтроном на очень большом расстоянии исчезают: нулевой заряд. (На более коротких расстояниях существуют магнитные взаимодействия, как указывает ответ Г. Смита .)

• Комментарий к дополнительному комментарию

  Предположим, мы не рассматриваем кварковое море. Просто теория представления фермионного связанного состояния. Считается ли правый нейтрон как связанное состояние калибровочно нейтральным по отношению ко всем калибровочным силам? 𝑢𝑅𝑑𝑅𝑑𝑅, предположим, что конденсат Хиггса равен нулю (поэтому правые [SU(2) синглетные] кварки не могут быть спарены с левыми [SU(2) дублетными] через массовый член.

Хорошо, в этом гипотетическом научно-фантастическом сценарии этим оператором будет синглет. Другими словами, ЕСЛИ вам удалось сбежать со всеми левыми фермионами в другую вселенную, оставив после себя только R полей, то ваш оператор действительно был бы калибровочно-нейтральным. (Я сделаю вид, что связывание осуществляется не по цвету, поскольку удержание цвета таинственным образом связано с динамическим нарушением киральной симметрии, которое фактически генерирует массы кварков в реальности: составляющие кварки получают массу ~ 300 МэВ даже для безмассовых текущих кварков.) Существует также проблема гиперзаряда, который теперь не прерывается, поэтому его не нужно смешивать с$T_3$из$SU(2)_L$больше (!); нулевой угол Вайнберга, поэтому его можно было бы отождествить с EM. Помимо взаимодействий с магнитным моментом Паули на более коротких расстояниях, на большом расстоянии этот условный оператор был бы нейтральным. (Черная дыра, поглотившая его, не оставила бы от него никаких памятных следов.)

Существует хорошая комплементарность между константами, описывающими связи между различными слабыми изоспиновыми состояниями и фотоном (который мы называем «электрическим зарядом»), и соответствующим набором связей между этими состояниями аромата и слабым нейтральным током, переносимым Z бозон. Оказывается, в системе единиц, где нейтрино и нейтрон имеют приблизительно единичный «слабый заряд» (с противоположными знаками), слабые заряды электрона и протона «малы» в смысле, чувствительном к углу Вайнберга.

Вот более подробный ответ о слабом заряде протона , с некоторыми ссылками на литературу.