En física de partículas , una generación o familia es una división de las partículas elementales . Entre generaciones, las partículas se diferencian por su sabor, número cuántico y masa , pero sus interacciones eléctricas y fuertes son idénticas.
Hay tres generaciones según el modelo estándar de física de partículas. Cada generación contiene dos tipos de leptones y dos tipos de quarks . Los dos leptones se pueden clasificar en uno con carga eléctrica −1 (similar a un electrón) y neutro (neutrino); Los dos quarks se pueden clasificar en uno con carga − 1 ⁄ 3 (tipo abajo) y otro con carga + 2 ⁄ 3 (tipo arriba). Las características básicas de la generación o familia de quarks-leptones, como sus masas y mezclas, etc., pueden describirse mediante algunas de las simetrías familiares propuestas .
Cada miembro de una generación superior tiene mayor masa que la partícula correspondiente de la generación anterior, con la posible excepción de los neutrinos (cuyas masas pequeñas pero distintas de cero no se han determinado con precisión). Por ejemplo, el electrón de primera generación tiene una masa de sólo0,511 MeV/ c 2 , el muón de segunda generación tiene una masa de106 MeV/ c 2 , y la tau de tercera generación tiene una masa de1777 MeV/ c 2 (casi el doble de pesado que un protón ). Esta jerarquía de masas [1] hace que las partículas de generaciones superiores se descompongan hasta la primera generación, lo que explica por qué la materia cotidiana ( átomos ) está formada únicamente por partículas de la primera generación. Los electrones rodean un núcleo formado por protones y neutrones , que contienen quarks arriba y abajo. La segunda y tercera generación de partículas cargadas no se encuentran en la materia normal y sólo se ven en entornos de energía extremadamente alta, como los rayos cósmicos o los aceleradores de partículas . El término generación fue introducido por primera vez por Haim Harari en la Escuela de Verano Les Houches , 1976. [2] [3]
Los neutrinos de todas las generaciones fluyen por todo el universo pero rara vez interactúan con otra materia. [4] Se espera que una comprensión integral de la relación entre las generaciones de los leptones pueda eventualmente explicar la proporción de masas de las partículas fundamentales y arrojar más luz sobre la naturaleza de la masa en general, desde una perspectiva cuántica. [5]
Muchos (pero no todos) los físicos teóricos consideran improbable la cuarta generación y las siguientes. Algunos argumentos en contra de la posibilidad de una cuarta generación se basan en las sutiles modificaciones de los observables electrodébiles de precisión que inducirían generaciones adicionales; tales modificaciones se ven fuertemente desfavorecidas por las mediciones. Además, una cuarta generación con un neutrino "ligero" (uno con una masa inferior a aproximadamente45 GeV/ c 2 ) ha sido descartado mediante mediciones de los anchos de desintegración del bosón Z en el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) del CERN . [6] Sin embargo, en colisionadores de alta energía continúan las búsquedas de partículas de cuarta generación, pero hasta el momento no se han encontrado pruebas. [7] En tales búsquedas, las partículas de cuarta generación se indican con los mismos símbolos que las de tercera generación con un número primo añadido (por ejemplo, b′ y t′ ).
El límite inferior para una cuarta generación de masas de quarks ( b′ , t′ ) se encuentra actualmente en 1,4 TeV según experimentos en el LHC. [8]
El límite inferior de la masa de un neutrino de cuarta generación ( ) se sitúa actualmente en unos 60 GeV (millones de veces mayor que el límite superior de las otras tres masas de neutrinos). [9]
El límite inferior para la masa de un leptón cargado ( ) de cuarta generación es actualmente de 100 GeV y el límite superior propuesto es de 1,2 TeV por consideraciones de unitaridad. [10]
Si la fórmula de Koide sigue siendo válida, las masas del leptón cargado de cuarta generación serían 44 GeV (descartado) y b′ y t′ deberían ser 3,6 TeV y 84 TeV respectivamente. (La energía máxima posible para los protones en el LHC es de aproximadamente 6 TeV).
¿Por qué hay tres generaciones de quarks y leptones? ¿Existe alguna teoría que pueda explicar las masas de quarks y leptones particulares en generaciones particulares a partir de los primeros principios (una teoría de los acoplamientos de Yukawa)?
El origen de múltiples generaciones de fermiones, y el particular recuento de 3 , es un problema de física no resuelto . La teoría de cuerdas proporciona una causa para múltiples generaciones, pero el número particular depende de los detalles de la compactación de las intersecciones de las D-branas . Además, las 8 grandes teorías unificadas de E en 10 dimensiones compactadas en ciertos orbitales hasta 4-D contienen naturalmente 3 generaciones de materia. [11] Esto incluye muchos modelos de teoría de cuerdas heteróticas . En la teoría cuántica de campos estándar, bajo ciertos supuestos, un solo campo de fermiones puede dar lugar a múltiples polos de fermiones con proporciones de masa de alrededor de e π ≈23 y e 2π ≈535, lo que podría explicar las grandes proporciones de masas de fermiones entre generaciones sucesivas y su origen. [1]
RESUMEN
: Revisamos los límites experimentales actuales sobre las masas de neutrinos Majorana de cuarta generación, incluidos los efectos de los neutrinos diestros.
Los límites actuales de la LEP-II se modifican significativamente mediante un análisis global.
Mostramos que los límites actuales de los neutrinos de cuarta generación que decaen a
e W
y
μ W
se pueden reducir a aproximadamente 80 GeV (desde el límite actual de 90 GeV), mientras que un neutrino que decae a
τ W
puede ser tan ligero como 62,1 GeV.
El límite debilitado abre un canal de desintegración de neutrinos para el Higgs de masa intermedia, e interesantes estados finales de múltiples partículas para
el Higgs
y las desintegraciones de leptones de cuarta generación.
