Генерация (физика элементарных частиц) - Generation (particle physics)
В физике элементарных частиц , А поколение или семьи является разделение элементарных частиц . Между поколениями частицы различаются своим квантовым числом аромата и массой , но их электрические и сильные взаимодействия идентичны.
Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, существует три поколения . Каждое поколение содержит два типа лептонов и два типа кварков . Два лептона можно разделить на один с электрическим зарядом -1 (электроноподобный) и нейтральный (нейтрино); два кварки могут быть классифицированы в один с зарядом - 1 / 3 (вниз-типа) и один с зарядом + 2 / 3 (до типа). Основные особенности генерации или семейств кварк-лептонов, такие как их массы, смеси и т. Д., Могут быть описаны некоторыми из предложенных симметрий семейств .
| Категории фермионов | Генерация элементарных частиц | |||
|---|---|---|---|---|
| Тип | Подтип | Первый | Второй | В третьих |
|
Кварки ( цветные ) |
пухлый | вниз | странный | Нижний |
| приподнятый | вверх | очарование | Топ | |
|
Лептоны ( бесцветные ) |
заряжен | электрон | мюон | тауон |
| нейтральный | электронное нейтрино | мюонное нейтрино | тау-нейтрино | |
Обзор
Каждый член более высокого поколения имеет большую массу, чем соответствующая частица предыдущего поколения, за возможным исключением нейтрино (чьи небольшие, но ненулевые массы точно не определены). Например, электрон первого поколения имеет массу всего0,511 МэВ / c 2 , мюон второго поколения имеет массу106 МэВ / c 2 , а тау третьего поколения имеет массу1777 МэВ / c 2 (почти вдвое тяжелее протона ). Эта массовая иерархия заставляет частицы более высоких поколений распадаться до первого поколения, что объясняет, почему повседневная материя ( атомы ) состоит только из частиц первого поколения. Электроны окружают ядро, состоящее из протонов и нейтронов , которое содержит верхние и нижние кварки. Второе и третье поколения заряженных частиц не встречаются в обычном веществе и наблюдаются только в средах с чрезвычайно высокой энергией, таких как космические лучи или ускорители частиц . Термин « поколение» был впервые введен Хаимом Харари в Летней школе Лез-Уш в 1976 году.
Нейтрино всех поколений текут по Вселенной, но редко взаимодействуют с другими веществами. Есть надежда, что всестороннее понимание взаимосвязи между поколениями лептонов может в конечном итоге объяснить соотношение масс фундаментальных частиц и пролить дополнительный свет на природу массы в целом с квантовой точки зрения.
Четвертое поколение
Многие (но не все) физики-теоретики считают четвертое и последующие поколения маловероятными. Некоторые аргументы против возможности четвертого поколения основаны на тонких модификациях прецизионных электрослабых наблюдаемых, которые вызывали бы дополнительные поколения; такие модификации сильно не одобряются измерениями. Кроме того, четвертое поколение с «легким» нейтрино (с массой менее примерно45 ГэВ / с 2 ) была исключена путем измерения ширины распадов Z - бозона в ЦЕРН «ы Большой электрон-позитронного коллайдера (LEP). Тем не менее, поиски частиц четвертого поколения на коллайдерах высоких энергий продолжаются, но пока никаких доказательств не наблюдается. В таких поисках частицы четвертого поколения обозначаются теми же символами, что и частицы третьего поколения с добавленным штрихом (например, b ' и t' ).
Нижняя граница масс кварков ( b ′ , t ′ ) четвертого поколения в настоящее время составляет 1,4 ТэВ по результатам экспериментов на LHC.
Нижняя граница массы нейтрино четвертого поколения ( ) в настоящее время составляет около 60 ГэВ. (В миллионы раз больше, чем верхняя граница для остальных трех масс нейтрино).
Нижняя граница массы заряженного лептона четвертого поколения ( ) в настоящее время составляет 100 ГэВ, а верхняя граница - 1,2 ТэВ из соображений унитарности.
Если формула Койде останется в силе, массы заряженного лептона четвертого поколения будут равны 44 ГэВ (исключено), а b ′ и t ′ должны быть 3,6 ТэВ и 84 ТэВ соответственно. (Максимально возможная энергия для протонов в LHC составляет около 6 ТэВ.)
Источник
Почему существует три поколения кварков и лептонов? Существует ли теория, которая может объяснить массы определенных кварков и лептонов в определенных поколениях из первых принципов (теория взаимодействий Юкавы)?
Происхождение нескольких поколений фермионов и конкретное количество 3 - нерешенная проблема физики . Теория струн предоставляет причину для нескольких поколений, но конкретное число зависит от деталей компактификации или пересечения D-браны . Кроме того, теории великого объединения E 8 в 10 измерениях, компактифицированные на определенных орбифолдах вплоть до 4 ‑ D, естественным образом содержат 3 поколения материи. Сюда входит множество моделей гетеротической теории струн .