Sind Neutronen eichneutral gegenüber allen Eichwechselwirkungen?
Neutronen haben Masse, koppeln also an die Schwerkraft.
Wenn wir uns jedoch auf die starken, elektromagnetischen EM und schwachen Kräfte konzentrieren,
Gibt es Eichwechselwirkungen, die auf Neutronen wirken können?
Neutron muss ein SU(3)-Farbsingulett sein, was bedeutet, dass es in der trivialen Darstellung 1 der SU(3)-Farbeichgruppe ist.
Neutron muss eine neutrale Ladung 0 unter U(1) Elektromagnetismus EM sein.
Frage 1: Kann ein Neutron die Eichladung des (beeinflussten) U(1)-Hyperladungs-Eichfeldes tragen?
Frage 2: Kann ein Neutron die Eichladung des (beeinflussten) schwachen Eichfeldes von SU(2) tragen?
Es sieht so aus, als ob Frage 1 und Frage 2 davon abhängen, ob die Neutronen von den linkshändigen Quarks (SU(2) schwaches Dublett) oder den rechtshändigen Quarks (SU(2) schwaches Singulett) gebildet werden .
Wenn ein Neutron von drei rechtshändigen Quarks gebildet wird , dann sieht es so aus, als ob die Fragen 1 und 2 mit ja beantwortet werden , weil drei schwache SU(2)-Singuletts ein Singulett bilden.
Wenn ein Neutron aus drei linkshändigen Quarks gebildet wird , dann sieht es so aus, als hätten die Fragen 1 und 2 die Antworten nein , weil drei SU(2) schwache Dubletts kein Singulett bilden können.
Aber wirken meine Interpretationen zu seltsam?
Danke für Kommentare und Antworten!
PS: Natürlich ein Neutron dürfen zu einem Proton zerfallen unter schwacher Wechselwirkung. Aber dieser Zerfall erfolgt über die interne schwache Wechselwirkung innerhalb eines Neutrons. Die obige Frage, die ich stelle, ist die Netto-Eichladung des Neutrons , die von externen Eichkräften beaufschlagt wird .
Sind Neutronen eichneutral gegenüber allen Eichkräften?
Nein. Neutronen haben ein erhebliches magnetisches Moment und spüren daher ein Magnetfeld.
Das Neutron besteht aus links- und rechtschiralen Quarks (und Millionen von Antiquarks) : Die Massenterme der Quarks verbinden sie miteinander, und beide Arten spielen eine Rolle.
Darüber hinaus können Sie in der PDG-Rezension leicht erkennen , dass die schwache Hyperladung auf eine großartig schiefe Art und Weise mit beiden Arten verbunden ist (Feynman nannte es früher „cockeyed“). Das Neutron kann also zwangsläufig nicht schwach neutral sein.
Zum Beispiel hat der Quark-effektive Lagrange in der SM einen Begriff wie
Aber die Reichweite der schwachen Wechselwirkung, die dadurch dargestellt wird, beträgt 0,1 % der Größe des Neutrons, ein Fermi, also passiert alles tief im Inneren, wenn Sie eine Traummetapher wollten. Es ist schwer vorstellbar, wie eine „äußere schwache Kraft“ aussehen würde. (Es könnte eine virtuelle pseudoskalare Kopplung sein, wie z , aber achten Sie nicht darauf ...) Die schwache Isospin-Ladung des Neutrons ist also ein Marshmallow-Durcheinander, das in der aktuellen Algebra berechenbar ist, und es verschwindet nicht. (Vgl. Erler & Su Progress in Particle and Nuclear Physics Volume 71, July 2013, Seiten 119-149.)
Mit ähnlichen Argumenten können Sie sehen, dass die neutrale Stromkopplung des Neutrons ungleich Null ist und sowohl L- als auch R-Quarks darin untersucht, weil die schwache Hyperladung U (1) nicht trivial an beide koppelt. Aber die clevere Weinberg-Kombination des Elektromagnetismus bleibt ungebrochen, und eine Ward-Identität sorgt dafür, dass die Wechselwirkungen eines Photons mit dem Neutron über sehr große Entfernungen verschwinden: Nullladung. (Auf kürzere Entfernungen gibt es magnetische Wechselwirkungen, wie die Antwort von G.Smith zeigt.)
Angenommen, wir betrachten das Quarkmeer nicht. Nur die Darstellungstheorie eines Fermion-gebundenen Zustands. Gilt das rechtshändige Neutron als gebundener Zustand als eichneutral zu allen Eichkräften? 𝑢𝑅𝑑𝑅𝑑𝑅, nehmen wir an, dass das Higgs-Kondensat Null ist (also können rechtshändige [SU(2) Singulett]-Quarks nicht über den Massenterm mit dem linkshändigen [SU(2) Dublett] gepaart werden.
OK, in diesem hypothetischen Science-Fiction-Szenario wäre dieser Operator ein Singulett. Mit anderen Worten, wenn es Ihnen gelänge, mit allen linkshändigen Fermionen in ein anderes Universum zu fliehen und nur R-Felder zurückzulassen, dann wäre Ihr Operator tatsächlich eichneutral. (Ich tue so, als würde die Bindung nicht durch Farbe erfolgen, da die Farbbeschränkung auf mysteriöse Weise mit dem Brechen der dynamischen chiralen Symmetrie verbunden ist, die tatsächlich Quarkmassen in der Realität erzeugt: konstituierende Quarks erhalten selbst für masselose Stromquarks eine Masse von ~ 300 MeV.) Es gibt auch das Problem der Hyperladung, jetzt ungebrochen, mit dem man sich also nicht vermischen muss von mehr (!); Null Weinbergwinkel, wäre also mit EM identifizierbar. Jenseits der magnetischen Pauli-Moment-Wechselwirkungen über kürzere Entfernungen wäre dieser fiktive Operator auf große Entfernung neutral. (Das Schwarze Loch, das es gefressen hat, würde keine denkwürdige Spur davon hinterlassen.)
Es gibt eine schöne Komplementarität zwischen den Konstanten, die die Kopplungen der verschiedenen schwachen Isospin-Zustände und des Photons (die wir als "elektrische Ladung" bezeichnen) und einer entsprechenden Reihe von Kopplungen zwischen diesen Geschmackszuständen und dem schwachen neutralen Strom beschreiben, der vom Z getragen wird Boson. Es stellt sich heraus, dass in einem Einheitensystem, in dem das Neutrino und das Neutron ungefähr eine "schwache Ladung" (mit entgegengesetzten Vorzeichen) haben, die schwachen Ladungen von Elektron und Proton auf eine Weise "klein" sind, die für den Weinberg-Winkel empfindlich ist.
Hier ist eine ausführlichere Antwort zur schwachen Ladung des Protons mit einigen Links zur Literatur.
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Peter Mortensen
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Eric Türme