Hipercarga fraca

No Modelo Padrão das interações eletrofracas da física de partículas, a hipercarga fraca é um número quântico que relaciona a carga elétrica com o terceiro componente do isospin fraco . É frequentemente denotado $Y_{𝖶}$ e corresponde à simetria de calibre U(1) .

Ela é conservada (somente termos que são globalmente neutros de hipercarga fraca são permitidos no Lagrangeano). No entanto, uma das interações é com o campo de Higgs . Como o valor esperado do vácuo do campo de Higgs é diferente de zero, as partículas interagem com esse campo o tempo todo, mesmo no vácuo. Isso muda sua hipercarga fraca (e isospin Predefinição:Math fraco). Apenas uma combinação específica deles, $Q=T_3+\frac{1}{2}{Y}_{𝖶}$ (carga elétrica), é conservada.

Matematicamente, a hipercarga fraca parece com a fórmula de Gell-Mann-Nishijima para a hipercarga de interações fortes (essa que não é conservada em interações fracas e é zero para léptons).

Na teoria eletrofraca, transformações SU(2) comutam com transformações U(1) por definição e, portanto, a carga U(1) (por exemplo, quarks up e down levógiros) e p dubleto SU(2) tem que ser igual. É por isso que U(1) não pode ser identificado com U(1) _em e uma hipercarga fraca deve ser introduzida.

A hipercarga fraca foi introduzida pela primeira vez por Sheldon Glashow em 1961.

Definição

ângulo de Weinberg ${\theta }_{𝖶},$ e relação entre as constantes de acoplamento g, g ′ e e . Adaptado de Lee (1981).

A hipercarga fraca é o gerador de componentes U(1) do grupo de gauge Predefinição:Gaps e isso associa o campo quântico Predefinição:Math com o campo quântico eletrofraco Predefinição:Math Predefinição:Exp para produzir o bóson de gauge Z observado e o fóton da eletrodinâmica quântica .

A hipercarga fraca satisfaz a relação

$Q=T_3+\frac{1}{2}{Y}_{\text{W}},$

onde Predefinição:Mvar é a carga elétrica (na unidade de carga elementar ) e Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito é o terceiro componente do isospin fraco (o componente SU(2)).

Rearranjando, a hipercarga fraca pode ser explicitamente definida como:

$Y_{\mathrm{W}}=2(Q-T_3)$

família do férmion	Férmions quirais esquerdos				Férmions quirais direitos
		Cargaelétrica Predefinição:Mvar	Isospin Fraco Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito	Hipercarga fracaPredefinição:Mvar Predefinição:Subscrito		Carga elétrica Predefinição:Mvar	Isospin fraco Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito	Hipercarga fraca Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito
léptons	ve,vμ,vτ	0	+Predefinição:Frac-2	− 1	align="center"; Predefinição:N/a	align="center"; Predefinição:N/a	0	0
	Predefinição:SubatomicParticle,Predefinição:SubatomicParticle,Predefinição:SubatomicParticle	− 1	−Predefinição:Frac-2	− 1	Predefinição:SubatomicParticleR,Predefinição:SubatomicParticleR,Predefinição:SubatomicParticleR	− 1	0	− 2
quarks	Predefinição:SubatomicParticle, Predefinição:SubatomicParticle, Predefinição:SubatomicParticle	+Predefinição:Frac-2	+Predefinição:Frac-2	+Predefinição:Frac-2	Predefinição:SubatomicParticleR, Predefinição:SubatomicParticleR, Predefinição:SubatomicParticleR	+Predefinição:Frac-2	0	+Predefinição:Frac-2
	d, s, b	−Predefinição:Frac-2	−Predefinição:Frac-2	+Predefinição:Frac-2	dR, sR, bR	−Predefinição:Frac-2	0	−Predefinição:Frac-2

onde "levógiro" e "dextrógiro" aqui são os quirais esquerdo e direito, respectivamente (não confundir com helicidade ). A hipercarga fraca para um anti-férmion é oposta do férmion correspondente porque a carga elétrica e a terceira componente do isospin fraco trocam de sinal sob a conjugação de carga .

Interação mediada	bóson	Carga Elétrica Predefinição:Mvar	Isospin fraco Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito	Hipercarga fraca Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito
Fraco	W+/-	±1	±1	0
	Z0	0	0	0
eletromagnético	γ0	0	0	0
Forte	g	0	0	0
higgs	H0	0	−Predefinição:Frac-2	+1

O padrão de isospin fraco, Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito, e hipercarga fraca, Predefinição:Mvar Predefinição:Subscrito, das partículas elementares conhecidas, mostrando carga elétrica, Predefinição:Mvar, ao longo do ângulo de Weinberg. O campo de Higgs neutro (circulado) quebra a simetria eletrofraca e interage com outras partículas para dar-lhes massa. Três componentes do campo de Higgs tornam-se parte dos massivos bósons W e Z.

A soma do isospin negativo e da carga positiva é zero para todos os bósons de gauge; consequentemente, todos os bósons eletrofracos de gauge têm

$Y_{\text{W}}=0.$

As atribuições da hipercarga no Modelo Padrão são determinadas até uma dupla ambiguidade, pelo requerimento de cancelar todas as anomalias.

Escala média-alternativa

Por conveniência, a hipercarga fraca é geralmente representada na escala média, então

$Y_{\mathrm{W}}=Q-T_3,$

o qual é igual à carga elétrica média das partículas no multipleto de isospin .

Número de bariônico e Leptônico

A hipercarga fraca é relacionada ao número bariônico menos o número de leptônico por meio da relação:

$\frac{1}{2}X+Y_{\mathrm{W}}=\frac{5}{2}(B-L)$

onde X é um número quântico conservado na Grande Teoria Unificada. Como a hipercarga fraca é sempre conservada no Modelo Padrão e na maioria das extensões, isso implica que o número bariônico menos o número de leptônico também é sempre conservado.

Decaimento de nêutrons

Predefinição:Math

Portanto, o decaimento de nêutrons conserva o número bariônico Predefinição:Mvar e o número leptônico Predefinição:Mvar separadamente, então Predefinição:Nowrap é também conservado.

Decaimento do próton

O decaimento do próton é uma previsão de muitas teorias da grande unificação .

Portanto, esse hipotético decaimento de prótons conservaria Predefinição:Nowrap, apesar de que isso violaria a conservação de ambos os números leptônicos e bariônicos individualmente.

Veja também

• Modelo Padrão (formulação matemática)
• carga fraca