Generacja (fizyka cząstek) - Generation (particle physics)
W fizyce cząstek , A generacji lub rodziny jest podział cząstek elementarnych . Pomiędzy pokoleniami cząstki różnią się smakową liczbą kwantową i masą , ale ich oddziaływania elektryczne i silne są identyczne.
Zgodnie z Modelem Standardowym fizyki cząstek elementarnych istnieją trzy generacje . Każde pokolenie zawiera dwa rodzaje leptonów i dwa rodzaje kwarków . Dwa leptony można podzielić na jeden o ładunku elektrycznym -1 (podobny do elektronu) i obojętny (neutrino); oba kwarki można podzielić na jeden z ładunkiem − 1 ⁄ 3 (typ dolny) i jeden z ładunkiem + 2 ⁄ 3 (typ górny ). Podstawowe cechy generacji lub rodzin kwarkowo-leptonowych, takie jak ich masy i mieszanie itp., można opisać za pomocą niektórych proponowanych symetrii rodzin .
| Kategorie Fermion | Generowanie cząstek elementarnych | |||
|---|---|---|---|---|
| Rodzaj | Podtyp | Najpierw | druga | Trzeci |
|
Kwarki ( kolorowe ) |
w dół | w dół | dziwne | na dole |
| up-type | w górę | czar | szczyt | |
|
Leptony (bezbarwne) |
naładowany | elektron | mion | tauon |
| neutralny | neutrino elektronowe | neutrino mionowe | neutrino tau | |
Przegląd
Każdy członek wyższej generacji ma większą masę niż odpowiadająca mu cząstka poprzedniej generacji, z możliwym wyjątkiem neutrin (których małe, ale niezerowe masy nie zostały dokładnie określone). Na przykład elektron pierwszej generacji ma masę tylko0,511 MeV/ c 2 , mion drugiej generacji ma masę106 MeV/ c 2 , a tau trzeciej generacji ma masę1777 MeV/ c 2 (prawie dwa razy cięższy od protonu ). Ta hierarchia masy powoduje rozpad cząstek wyższych generacji do pierwszej generacji, co wyjaśnia, dlaczego codzienna materia ( atomów ) składa się tylko z cząstek pierwszej generacji. Elektrony otaczają jądro zbudowane z protonów i neutronów , które zawierają kwarki górne i dolne . Druga i trzecia generacja naładowanych cząstek nie występują w normalnej materii i są widoczne tylko w środowiskach o bardzo wysokiej energii, takich jak promieniowanie kosmiczne lub akceleratory cząstek . Termin generowanie został po raz pierwszy wprowadzony przez Haima Harariego w Letniej Szkole Les Houches w 1976 roku.
Neutrina wszystkich pokoleń przepływają przez wszechświat, ale rzadko wchodzą w interakcje z inną materią. Mamy nadzieję, że wszechstronne zrozumienie związku między pokoleniami leptonów może ostatecznie wyjaśnić stosunek mas cząstek elementarnych i rzucić dalsze światło na ogólną naturę masy z perspektywy kwantowej.
Czwarta generacja
Wielu (ale nie wszystkich) fizyków teoretycznych uważa, że czwarte i kolejne pokolenia są uważane za mało prawdopodobne. Niektóre argumenty przeciwko możliwości czwartej generacji opierają się na subtelnych modyfikacjach precyzyjnych obserwabli elektrosłabych , które wywołałyby dodatkowe generacje; takie modyfikacje są zdecydowanie nieprzychylne pomiarom. Ponadto czwarta generacja z „lekkim” neutrinem (jedno o masie mniejszej niż około45 GeV / C 2 ) zostały wykluczone przez pomiar szerokości rozpadu bozonu Z w CERN jest Akcelerator LEP (LEP). Niemniej jednak poszukiwania w zderzaczach wysokoenergetycznych cząstek czwartej generacji są kontynuowane, ale jak dotąd nie zaobserwowano żadnych dowodów. W takich poszukiwaniach cząstki czwartej generacji są oznaczane tymi samymi symbolami, co cząstki trzeciej generacji z dodaną liczbą pierwszą (np. b′ i t′ ).
Dolna granica masy czwartej generacji kwarków ( b′ , t′ ) wynosi obecnie 1,4 TeV z eksperymentów w LHC.
Dolna granica masy neutrina czwartej generacji ( ) wynosi obecnie około 60 GeV. (Miliony razy większa niż górna granica dla pozostałych 3 mas neutrin).
Dolna granica dla masy naładowanego leptonu czwartej generacji ( ) wynosi obecnie 100GeV, a proponowana górna granica to 1,2 TeV z uwagi na unitarność.
Jeśli wzór Koide'a nadal będzie spełniony, masy naładowanego leptonu czwartej generacji wyniosą 44 GeV (wykluczone), a b′ i t′ powinny wynosić odpowiednio 3,6 TeV i 84 TeV. (Maksymalna możliwa energia protonów w LHC wynosi około 6 TeV.)
Początek
Dlaczego istnieją trzy pokolenia kwarków i leptonów? Czy istnieje teoria, która może wyjaśnić masy poszczególnych kwarków i leptonów w poszczególnych generacjach na podstawie pierwszych zasad (teoria sprzężeń Yukawy)?
Pochodzenie wielu generacji fermionów, a konkretna liczba 3 , jest nierozwiązanym problemem fizyki . Teoria strun dostarcza przyczyny wielu pokoleń, ale konkretna liczba zależy od szczegółów zagęszczenia lub przecięć D-brana . Dodatkowo, teorie wielkiej unifikacji E 8 w 10 wymiarach skompaktowanych na niektórych orbifoldach aż do 4-D naturalnie zawierają 3 generacje materii. Obejmuje to wiele heterotycznych modeli teorii strun .