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
El número leptón se introdujo en 1953 para explicar la ausencia de reacciones como
en el experimento de neutrinos de Cowan-Reines , que en cambio observó
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.
Además del número de leptones, los números de familias de leptones se definen como [4]
Ejemplos destacados de conservación del sabor de los leptones son las desintegraciones de muones.
y
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 :
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 .
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]
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
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.
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 isospín débil y el signo de extrañeza del número cuántico ( para quarks ), los cuales convencionalmente tienen el signo de otro modo 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 no cambia, pero la diferencia B − L se reemplaza con una suma: B + L , cuyo valor numérico permanece sin cambios, ya que
y
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