número leptónico

Diferencia entre el número de leptones y antileptones.

En física de partículas , el número leptónico (históricamente también llamado carga leptónica ) ^[1] es un número cuántico conservado que representa la diferencia entre el número de leptones y el número de antileptones en una reacción de partículas elementales. ^[2] El número leptónico es un número cuántico aditivo , por lo que su suma se conserva en las interacciones (a diferencia de los números cuánticos multiplicativos como la paridad, donde en su lugar se conserva el producto). El número leptónico se define por donde ${\displaystyle L}$ $${\displaystyle L=n_{\ell }-n_{\overline {\ell }},}$$

• ${\displaystyle n_{\ell }\quad }$es el número de leptones y
• ${\displaystyle n_{\overline {\ell }}\quad }$es el número de antileptones .

El número leptón se introdujo en 1953 para explicar la ausencia de reacciones como

v
+
norte
→
pag
+
mi⁻

en el experimento de neutrinos de Cowan-Reines , que en cambio observó

v
+
pag
→
norte
+
mi⁺
. ^[3]

Este proceso, desintegración beta inversa , conserva el número de leptones, ya que el antineutrino entrante tiene el número de leptones −1, mientras que el positrón (antielectrón) saliente también tiene el número de leptones −1.

Conservación del sabor leptón.

Además del número de leptones, los números de familias de leptones se definen como ^[4]

${\displaystyle L_{\mathrm {e} }}$el número de electrones , para el electrón y el neutrino electrónico ;

${\displaystyle L_{\mathrm {\mu } }}$el número de muón, para el muón y el neutrino muónico ; y

${\displaystyle L_{\mathrm {\tau } }}$el número tau, para el tauón y el neutrino tau .

Ejemplos destacados de conservación del sabor de los leptones son las desintegraciones de muones.

µ−→mi−+vmi+vµ

y

µ+→mi++vmi+vµ .

En estas reacciones de desintegración, la creación de un electrón va acompañada de la creación de un antineutrino electrónico , y la creación de un positrón va acompañada de la creación de un neutrino electrónico. Asimismo, un muón negativo en descomposición da como resultado la creación de un neutrino muónico , mientras que un muón positivo en descomposición da como resultado la creación de un antineutrino muónico . ^[5]

Finalmente, la débil desintegración de un leptón en un leptón de menor masa siempre resulta en la producción de un par neutrino - antineutrino :

τ−→µ−+vµ+vτ .

Un neutrino transporta el número leptónico del leptón pesado en descomposición (un tauón en este ejemplo, cuyo residuo débil es un neutrino tau ) y un antineutrino que cancela el número leptónico del leptón más ligero recién creado que reemplazó al original. (En este ejemplo, un antineutrino de muón que cancela la acción del muón . ${\displaystyle L_{\mathrm {\mu } }=-1}$ ${\displaystyle L_{\mathrm {\mu } }=+1}$

Violaciones de las leyes de conservación del número leptón.

El sabor de los leptones sólo se conserva aproximadamente y, en particular, no se conserva en la oscilación de neutrinos . ^[6] Sin embargo, tanto el número total de leptones como el sabor de los leptones todavía se conservan en el modelo estándar.

Numerosas búsquedas de física más allá del modelo estándar incorporan búsquedas de violación del número de leptones o del sabor de los leptones, como la hipotética desintegración ^[7]

µ−→mi−+γ .

Experimentos como MEGA y SINDRUM han buscado violaciones del número de leptones en la desintegración de muones en electrones; MEG estableció el límite de ramificación actual de orden 10 ⁻¹³ y planea reducirlo a 10 ⁻¹⁴ después de 2016. ^[8] Algunas teorías más allá del modelo estándar, como la supersimetría , predicen relaciones de ramificación de orden 10 ⁻¹² a 10 ⁻¹⁴ . ^[7] El experimento Mu2e , en construcción a partir de 2017, tiene una sensibilidad planificada del orden 10 ⁻¹⁷ . ^[9]

Debido a que las anomalías quirales violan la ley de conservación del número leptónico , existen problemas para aplicar esta simetría universalmente en todas las escalas de energía. Sin embargo, el número cuántico B − L se conserva comúnmente en los modelos de la Gran Teoría Unificada .

Si los neutrinos resultan ser fermiones de Majorana , ni los números de leptones individuales, ni el número de leptones total ni $${\displaystyle L\equiv L_{\mathrm {e} }+L_{\mathrm {\mu } }+L_{\mathrm {\tau } },}$$

segundo - l

se conservaría, por ejemplo, en la desintegración doble beta sin neutrinos , donde dos neutrinos que chocan frontalmente podrían en realidad aniquilarse, similar a la colisión (nunca observada) de un neutrino y un antineutrino.

Convención de signos invertidos

Algunos autores prefieren usar números de leptones que coincidan con los signos de las cargas de los leptones involucrados, siguiendo la convención en uso para el signo de isospin débil y el signo de extrañeza del número cuántico ( para quarks ), los cuales convencionalmente tienen el carácter arbitrario. El signo del número cuántico coincide con el signo de las cargas eléctricas de las partículas.

Cuando se sigue la convención de signos de carga eléctrica, el número leptónico (que se muestra aquí con una barra superior, para reducir la confusión) de un electrón , muón , tauón y cualquier neutrino cuenta como el número leptónico del positrón , antimuón , antitauón , y cualquier antineutrino cuenta como Cuando se observa esta convención de signos invertidos, el número bariónico se deja sin cambios, pero la diferencia B − L se reemplaza con una suma: B + L , cuyo valor numérico permanece sin cambios, ya que ${\displaystyle {\bar {L}}=-1;}$ ${\displaystyle {\bar {L}}=+1.}$

L = −L,

y

segundo + L = segundo - L.

Ver también

• número bariónico

Referencias

1. Gribov, V.; Pontecorvo, B. (20 de enero de 1969). "Astronomía de neutrinos y carga de leptones". Letras de Física B. 28 (7): 493–496. Código bibliográfico : 1969PhLB...28..493G. doi :10.1016/0370-2693(69)90525-5. ISSN  0370-2693.
2. Griffiths, David J. (1987). Introducción a las Partículas Elementales . Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-60386-3;Tipler, Pablo; Llewellyn, Ralph (2002). Física moderna (4ª ed.). WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4345-3.
3. Konopinski, EJ; Mahmoud, HM (15 de noviembre de 1953). "La interacción universal de Fermi". Revisión física . 92 (4): 1045-1049. Código bibliográfico : 1953PhRv...92.1045K. doi :10.1103/physrev.92.1045.
4. Martin, Victoria J., profesora (25 de febrero de 2008). Quarks y leptones, mesones y bariones (PDF) (notas de la conferencia). Física 3. vol. Conferencia 5. Universidad de Edimburgo. pag. 2 . Consultado el 23 de mayo de 2021 .{{cite report}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
5. Slansky, Richard; Raby, Estuardo; Goldman, Terry; Garvey, Gerry (1997). Cooper, Necia Grant (ed.). "El neutrino oscilante: una introducción a las masas y la mezcla de neutrinos" (PDF) . Ciencia de Los Álamos . Laboratorio Nacional de Los Álamos . págs. 10–56 . Consultado el 23 de mayo de 2021 .
6. Fukuda, Y.; Hayakawa, T.; Ichihara, E.; Inoue, K.; Ishihara, K.; Ishino, H.; et al. (Colaboración Super-Kamiokande) (24 de agosto de 1998). "Evidencia de oscilación de neutrinos atmosféricos". Cartas de revisión física . 81 (8): 1562-1567. arXiv : hep-ex/9807003 . Código bibliográfico : 1998PhRvL..81.1562F. doi : 10.1103/PhysRevLett.81.1562. S2CID  7102535.
7. Adam, J.; Bai, X.; Baldini, AM; Baracchini, E.; Bemporad, C.; Boca, G.; et al. (Colaboración MEG) (21 de octubre de 2011). "Nuevo límite en la desintegración mu + a e + gamma que viola el sabor de los leptones". Cartas de revisión física . 107 (17): 171801. arXiv : 1107.5547 . Código bibliográfico : 2011PhRvL.107q1801A. doi : 10.1103/PhysRevLett.107.171801. PMID  22107507. S2CID  119278774.
8. Baldini, AM; et al. (Colaboración MEG) (mayo de 2016). "Busque el sabor del leptón que viola la desintegración μ ⁺ → e ⁺ γ con el conjunto de datos completo del experimento MEG". arXiv : 1605.05081 [hep-ex].
9. Kwon, Diana (21 de abril de 2015). "Mu2e inicia la construcción de un experimento que busca nueva física" (Presione soltar). Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi . Consultado el 8 de diciembre de 2017 .