Protonenzerfallsrate des Standardmodells

Es ist bekannt, dass die elektroschwache Kraft eine chirale Anomalie enthält, die bricht B + L Erhaltung . Mit anderen Worten, es lässt zu, dass sich die Summe von Baryonen und Leptonen ändert, behält aber immer noch die Differenz zwischen den beiden bei. Das bedeutet, dass das Standardmodell einen Kanal für den Zerfall von Protonen haben könnte , beispielsweise in ein Pion und ein Positron. Weiß jemand, wie hoch die Gesamtprotonenzerfallsrate durch Standardmodellkanäle ist?

Fragen Sie nach den experimentellen Ergebnissen oder nach einer theoretischen Berechnung?
Theoretische Berechnung wird bevorzugt - ich weiß, dass experimentelle Ergebnisse derzeit nur obere Grenzen für die Geschwindigkeit sind. Außerdem frage ich speziell nach dem Standardmodell, nicht nach GUT-Erweiterungen.
Protonenzerfall ist im SM verboten. Der einzige Prozess, der die B-Zahl verletzt, ist der Sphaleron-Prozess (der BL bewahrt), aber dieser Prozess kann von Natur aus nicht zu einem Protonenzerfall führen. BSM GUT-Modelle im Vertrag sagen routinemäßig den Protonenzerfall voraus und schließen routinemäßig strenge experimentelle Grenzen aus, die solche Prozesse ausschließen.

Antworten (3)

Elektroschwache Instantons verletzen die Baryonenzahl (und die Leptonenzahl) um drei Einheiten (alle drei Generationen nehmen am Scheitelpunkt von 't Hooft teil). Dies wird in der Originalarbeit von 't Hooft erklärt . Dadurch ist das Proton im Standardmodell absolut stabil. Der leichteste baryonische Zustand, der instabil in Leptonen zerfällt, ist 3 Er. Das Deuteron ist instabil gegenüber einem Zerfall in ein Antiproton und Leptonen.

Die Rate ist proportional zu [ exp ⁡ ( − 8 π 2 / G w 2 ) ] 2 , was viel kleiner ist als die Raten für den Protonenzerfall, die in Erweiterungen des Standardmodells diskutiert wurden. Beachten Sie, dass der Zerfall 3 H e → Leptonen beinhaltet virtuelle ( B , T ) Quarks, und die Rate enthält zusätzliche Potenzen von G w im Präexponenten (was nicht viel ausmacht, da der Exponent schon sehr groß ist).

Um nur eine grobe Zahl zu nennen, die Lebensdauer ist eine typische schwache Zerfallslebensdauer (sagen wir, 10 − 8 sec), multipliziert mit dem Instantonfaktor

τ = τ w exp ⁡ ( 16 π 2 / G w 2 ) = τ w exp ⁡ ( 4 π ⋅ 137 ⋅ Sünde 2 ⁡ θ W ) = τ w ⋅ 10 187 ∼ 10 180 S e C
wobei ich viele präexponentielle Faktoren vernachlässigt habe, die im Prinzip im Standardmodell berechnet werden können.

Könnte ich Sie bitten, diese Antwort mit (i) Referenzen für die Stabilität des Protons im SM, (ii) Details und Referenzen für den Zerfall von ein wenig aufzupeppen 3 He, und (iii) eine Schätzung für die SM-Halbwertszeit von 3 Er in Jahren? (oder zB als Vielfaches des gegenwärtigen Alters des Universums.) Ich freue mich, dies zu belohnen, sobald es berechtigt ist.
Als Referenz: Die Hubble-Zeit ist auf 1 signifikante Stelle genau 4 × 10 14 Sek .
Tippfehlerkorrektur: Die Hubble-Zeit beträgt auf 1 signifikante Stelle 5 × 10 ^ 17 Sekunden.

Soweit mir bekannt ist, wird im Standardmodell von verschwindenden Anomalien ausgegangen, dh dass das Proton im Standardmodell nicht zerfällt. Siehe Seite 5 in dieser Referenz.

Sie fragen nach dieser Berechnung . Ich weiß nicht, ob man es weiterhin "das Standardmodell" nennen kann.

Hier ist eine starke Aussage am Ende von Kapitel 7.3.1:

Somit heben sich alle möglichen Anomalien für jede Generation des Standardmodells auf. Wenn in einer Generation ein Quark (oder irgendein anderes Teilchen) fehlen würde, würde man nicht verschwindende Anomalien erhalten (nicht für SU(3)SU(3)SU(3), aber für die drei anderen Kombinationen)

Dies galt für die ununterbrochene Phase, aber es wird kontinuierlich die gleiche Aussage für die unterbrochene Phase gemacht.

Die Antwort lautet also, dass es eine Erweiterung des Standardmodells geben sollte, um B+L-Erhaltungseffekte zu untersuchen.

Sie bedeuten verschwindende Pegelanomalien. B+L ist in der Tat anomal.
@Thomas, kannst du einen Link geben, wo ein Protonenzerfall im Standardmodell erlaubt ist? Der Link, den ich gebe, bezieht sich auf Anomalien im Allgemeinen.
'T Hoofts Originalarbeit Phys.Rev.Lett. 37 (1976) 8-11.
@Thomas imo ist es eine Erweiterung des Standardmodells, nicht das, was "das Standardmodell" ist. Auch in der Zusammenfassung heißt es "in Modellen ...", nicht "in Standardmodell".
Das Papier wurde 1976 geschrieben. Was er „in Modellen“ nennt, nennen wir heute „das Standardmodell“.
@Thomas Ich bin nicht überzeugt. Der Link, den ich für den spezifischen Lagrangian gegeben habe, der jetzt als Standardmodell bezeichnet wird, besagt, dass er keine Anomalien aufweist. Ich konnte im Standardmodell keinen Protonenzerfall finden, Protonenzerfälle sind immer in Erweiterungen des SM wie GUTs
Wenn Leute sagen, dass der SM anomaliefrei ist, beziehen sie sich auf Eichanomalien (Farbe ist trivialerweise anomaliefrei, also prüfen sie SU(2)xU(1)). Im SM wird B+L jedoch nicht gemessen, sodass es eine Anomalie geben kann (und tatsächlich hat).
't Hooft untersucht eine Theorie, in der VA gemessen wird, und es gibt ein Charm-Quark. Offensichtlich wird im SM VA gemessen (SU(2)_W) und das Charm-Quark existiert ('t Hooft kümmert sich um Charm, weil er davon ausgeht, dass alle Fermionen schwache Dubletts sind, und vor der Entdeckung von Charm gab es kein zu vervollständigendes Teilchen das schwache Dublett, das das Strange Quark enthält). 't Hooft wusste nichts von (b,t), also kam er 1976 zu dem Schluss, dass in dem, was wir heute als Standardmodell B bezeichnen, eine Verletzung durch zwei Einheiten erlaubt ist. Wir wissen jetzt, dass B von drei Einheiten verletzt wird.
Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber das ist nicht der Decay-Kanal π 0 → γ γ von einem anomalen Kanal dominiert?
Siehe Peskin & Schoeder-Gleichung 19.119 und folgende:
Γ ( π 0 → 2 γ ) = a 2 64 π 3 M π 3 F π 2 .
„Diese Beziehung, die ein direktes Maß für den Koeffizienten der Adler-Bell-Jackiw-Anomalie liefert, wird experimentell mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent erfüllt.“
@SeanLake Ich bestreite nicht, dass man anomale Kanäle braucht, um bestimmte Beobachtungen zu beschreiben, ich sage, dass ich nirgendwo gesehen habe, dass anomale Kanäle innerhalb des Standardmodells existieren, zumindest um eine Amplitude für den Protonenzerfall zu erzeugen. Es ist unbestritten, dass es Beobachtungen gibt, die im Standardmodell nicht beschreibbar sind, weshalb Experimente durchgeführt werden, die nach Supersymmetrie und GUTS-Signaturen suchen. Ich habe im Netz keine Standardmodellrechnung für den Protonenzerfall gefunden, während ich den von mir angegebenen Link gefunden habe, dass benötigte Anomalien nicht im Standardmodell enthalten sind.
Nun, 't Hooft ist ziemlich vorsichtig ...
Hinsichtlich π 0 → 2 γ : Es gibt eine Subtilität. QCD hat globale Flavour-Symmetrien, die anomal sind, daher die Dreieckanomalie, die zum neutralen Pion-Zerfall beiträgt. Aber im SM werden diese Flavour-Ströme gemessen, und es gibt keine Messanomalien. Wie kann das sein? Bei niedrigen Energien werden die QCD-Flavour-Anomalien durch WZ-Terme dargestellt, die anomale Pion-Wechselwirkungen beschreiben, und in der SM addieren sich diese Terme zu den Flavour-Anomalien von Leptonen, so dass sich die gesamte Flavour-Anomalie aufhebt.

Es gab mehrere Versuche, den Protonenzerfall zu messen. Bisher waren alle erfolglos. Verschiedene Berechnungen geben Schätzungen ab 10 30 Zu 10 36 Jahre.

Da wir die Empfindlichkeit der Experimente kennen, können wir Grenzen für die Protonenhalbwertszeit setzen. Die derzeit besten Messungen zeigen, dass dies der Fall ist 10 34 Jahren oder mehr. Eine Veröffentlichung des Super-Kamiokande- Neutronendetektors in Japan aus dem Jahr 2014 gibt beispielsweise ein Minimum an 5.9 × 10 33 Jahre.

Dies sind alles Vorhersagen, die auf Standardmodellerweiterungen basieren, nicht auf der vorhergesagten Standardmodellzerfallsrate.
Meinten Sie Neutrino- Detektor?
-1 für das Nichtlesen der Frage.
Protonenzerfallsrate des Standardmodells
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v