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Sabor en física de partículas |
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En física de partículas , la hipercarga (un acrónimo de hiperónico y carga ) Y de una partícula es un número cuántico conservado bajo la interacción fuerte . El concepto de hipercarga proporciona un operador de carga única que tiene en cuenta las propiedades de isospin , carga eléctrica y sabor . La hipercarga es útil para clasificar hadrones ; la hipercarga débil de nombre similar tiene un papel análogo en la interacción electrodébil .
Definición [ editar ]
La hipercarga es uno de los dos números cuánticos del modelo SU (3) de hadrones , junto con la isospina I 3 . El isospin solo fue suficiente para dos sabores de quark , a sabertu y D- mientras que actualmente se conocen 6 sabores de quarks.
Los diagramas de peso SU (3) (ver más abajo) son bidimensionales, y las coordenadas se refieren a dos números cuánticos: I 3 (también conocido como I z ), que es el componente z de isospin, e Y , que es la hipercarga (el suma de extrañeza S , encanto C , bottomness B ' , topness T' , y el número bariónico B ). Matemáticamente, la hipercarga es
Interacciones fuertes conservan hipercarga (y hipercarga débil ), pero las interacciones débiles hacen no .
Relación con carga eléctrica e isospín [ editar ]
La fórmula de Gell-Mann-Nishijima relaciona la isospina y la carga eléctrica
donde I 3 es el tercer componente de isospin y Q es la carga de la partícula.
Isospin crea multipletes de partículas cuya carga promedio está relacionada con la hipercarga por:
ya que la hipercarga es la misma para todos los miembros de un multiplete, y el promedio de los valores de I 3 es 0.
Modelo SU (3) en relación con la hipercarga [ editar ]
El modelo SU (2) tiene multipletes caracterizados por un número cuántico J , que es el momento angular total . Cada multiplete consta de 2 subestados J + 1 con valores igualmente espaciados de J z , formando una disposición simétrica vista en espectros atómicos e isospin. Esto formaliza la observación de que no se observaron ciertas desintegraciones bariónicas fuertes, lo que lleva a la predicción de la masa, extrañeza y carga de laΩ-barión .
El SU (3) tiene supermultipletos que contienen múltiplos SU (2). SU (3) ahora necesita dos números para especificar todos sus sub-estados que se denotan por λ 1 y λ 2 .
( λ 1 + 1) especifica el número de puntos en el lado superior del hexágono, mientras que ( λ 2 + 1) especifica el número de puntos en el lado inferior.
SU (3) diagrama de peso singlete , donde Y es hipercarga e I 3 es el tercer componente de isospin.
Diagrama de peso triplete SU (3)
SU (3) diagrama de ponderación de septeto, octeto y nada. Observe la similitud con ambos gráficos a la derecha. El número utilizado para describir el diagrama de peso depende de si las partículas que ocupan el centro del diagrama tienen uno, dos o tres nombres distintos.
Los mesones de spin 0 forman un nonet . K: kaón , π: pión , η: mesón eta .
El octeto de la luz gira -1/2bariones descritos en SU (3). n: neutrón , p: protón , Λ: barión lambda , Σ: barión sigma , Ξ: barión Xi .
Diagrama de peso de decuplet SU (3) Observe la similitud con el gráfico de la derecha.
Una combinación de tres quarks arriba, abajo o extraños con un giro total de3/2forman el llamado decuplete bariónico . Los seis inferiores son hiperones. S : extrañeza , Q : carga eléctrica .
Ejemplos [ editar ]
- El grupo de nucleones ( protones con Q = +1 y neutrones con Q = 0 ) tiene una carga promedio de + +1/2, por lo que ambos tienen hipercarga Y = 1 (ya que el número de bariones B = +1 y S = C = B ′ = T ′ = 0 ). De la fórmula de Gell-Mann-Nishijima sabemos que el protón tiene isospin I 3 = + +1/2, mientras que el neutrón tiene I 3 = - +1/2 .
- Esto también funciona para quarks : para el quark up , con una carga de ++2/3y un I 3 de ++1/2, deducimos una hipercarga de 1/3, debido a su número bariónico (dado que tres quarks forman un barión, cada quark tiene un número bariónico de ++1/3).
- Para un quark extraño , con carga eléctrica -+1/3, un número bariónico de ++1/3, y extrañeza −1, obtenemos una hipercarga Y = - +2/3, entonces deducimos que I 3 = 0. Eso significa que un quark extraño hace su propio singlete isospin (lo mismo ocurre con los quarks charm , bottom y top ), mientras que arriba y abajo constituyen un doblete isospin.
Obsolescencia práctica [ editar ]
La hipercarga fue un concepto desarrollado en la década de 1960 para organizar grupos de partículas en el " zoológico de partículas " y desarrollar leyes de conservación ad hoc basadas en sus transformaciones observadas. Con la llegada del modelo de quark , ahora es obvio que la hipercarga fuerte, Y , es la siguiente combinación de los números de arriba ( n u ), abajo ( n d ), extraño ( n s ), encanto ( n c ), arriba ( n t ) y abajo ( n b ):
En las descripciones modernas de la interacción de hadrones , se ha vuelto más obvio dibujar diagramas de Feynman que trazan a través de los quarks constituyentes individuales (que se conservan) que componen los bariones y mesones que interactúan , en lugar de molestarse en contar números cuánticos de hipercarga fuerte. Sin embargo, la hipercarga débil sigue siendo una parte esencial para comprender la interacción electrodébil .
Referencias [ editar ]
- Semat, Henry; Albright, John R. (1984). Introducción a la física atómica y nuclear . Chapman y Hall. ISBN 978-0-412-15670-0.