Wie können wir Chiralität in Experimenten messen?

Chiralität ist ein ganz anderes Konzept als Helizität. Nur für masselose Teilchen haben diese beiden Begriffe zufällig den gleichen Zahlenwert. Ich verstehe, dass wir die Helizität messen können, aber wie können wir die Chiralität für massive Teilchen bestimmen ?

Einige Gedanken:

  • Helizität ist die Projektion des Spins in Impulsrichtung h = p ^ s ^ p . Für massive Teilchen ist die Helizität nicht Lorentz-invariant (wir können in einem Rahmen verstärken, in dem sich das Teilchen in die andere Richtung bewegt), sondern erhalten.
  • Chiralität ist ein Konzept aus der Darstellungstheorie, das uns sagt, wie sich ein gegebenes Objekt unter Lorentz-Transformationen transformiert. Chiralität ist Lorentz-invariant, aber nicht konserviert. Etwas ist linkschiral, wenn es durch ein gemäß transformierendes Objekt beschrieben wird ( 1 2 , 0 ) Darstellung der Lorentz-Gruppe (ein linkschiraler Spinor). Analog rechts-chiral ist als transformierend gemäß definiert ( 0 , 1 2 ) Darstellung der Lorentz-Gruppe. Wir müssen Teilchen/Felder durch Dirac-Spinoren beschreiben, weil sich links-chirale Teilchen im Laufe der Zeit in rechts-chirale Teilchen umwandeln und umgekehrt. Der Chiralitätsoperator für Dirac-Spinoren ist γ 5 .

Daher sind diese beiden Konzepte auf den ersten Blick wirklich unterschiedlich. Das einzige Mal, dass ich weiß, dass die Chiralität "gemessen" wurde, war, als eine Paritätsverletzung entdeckt wurde.

Die Parität ist verletzt, weil nur linkschirale Felder über die schwache Kraft wechselwirken. Dies wurde durch das berühmte Wu-Experiment entdeckt, das entdeckte, dass Neutrinos immer linkshändig sind. Zu dieser Zeit wurden Neutrinos als masselos angesehen und daraus wurde geschlossen, dass nur links-chirale Neutrinos schwach wechselwirken. (Denken Sie daran, dass wir für masselose Teilchen linkschiral = linkshändig haben). Inwieweit ist dieser Gedankengang noch gültig, obwohl Neutrinos Masse haben?

@glance Die Antwort auf die von Ihnen verlinkte Frage erwähnt nur, dass Chiralität und Helizität unterschiedlich sind, erklärt jedoch nicht, wie Chiralität gemessen werden kann.
Ich habe es gesehen, so sagte ich verwandt und nicht doppelt

Antworten (1)

Theoretisch ist es möglich, die Chiralität genau mit der von Ihnen erwähnten Methode zu messen. Wenn Sie ein Elektron haben und sich seiner Chiralität nicht sicher sind, können Sie es durch einen dichten Eimer voller Elektronen schicken W Bosonen und sehen, ob es mit ihnen interagiert. Wenn ja, dann wissen Sie, dass Sie ein linkshändiges Elektron hatten.

Es gibt jedoch ein wichtiges Problem bei dieser Idee (und nein, es geht nicht darum, herauszufinden, wie man einen Eimer voll produziert W Bosonen). Das Problem ist, dass das Elektron die Chiralität ändern kann und wieder zurück. Selbst wenn Sie seine Chiralität in einem Moment gemessen haben, bedeutet dies nicht, dass es vor einiger Zeit dieselbe Chiralität hatte.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht darin, die Elektronen zu beschleunigen. In diesem Fall ist die Zeit, die ein Elektron benötigt, um seine Chiralität umzukehren ∼ 1 / E . Dies ist mit normalem QM leicht zu erkennen:

P ( e L → e R ) = | ⟨ e L | exp ⁡ ( − ich H t ) | e R ⟩ | 2 = Sünde 2 ⁡ ( − E t )
wo H = γ M = γ ( 0 m e m e 0 ) , | e L ⟩ = ( 1 , 0 ) T , | e R ⟩ = ( 0 , 1 ) T , und E = γ m e .

Wenn 1 / E ≫ die Zeit, die die Elektronen brauchen, um den Apparat zu passieren, dann können Sie sicher sagen, dass die Elektronen, mit denen Sie begonnen haben, die sind, die Sie gemessen haben, und so können Sie ihre Chiralität messen.

Beachten Sie, dass diese Idee darauf beruht, bis zur hohen Energiegrenze zu gehen, wo Chiralität = Helizität, also ist es vielleicht nicht genau das, wonach Sie gesucht haben. Aber während die beiden Quantenzahlen scheinbar völlig unterschiedlich sind, ist unsere Fähigkeit, Chiralität zu messen, eng mit der Helizität verbunden.

Während die obige Idee ziemlich hypothetisch war, könnten Sie im Prinzip hochenergetische chirale Eigenzustandselektronen erzeugen und sie mit Positronen kollidieren lassen. Dann könnten Sie die Produkte der Kollisionen messen und daraus schließen, ob die Anfangszustände tatsächlich links- oder rechtschiral waren.

Schließlich ändert die Eigenschaft von Neutrinomassen nichts daran, ob (hypothetische) rechtshändige Neutrinos schwach wechselwirken können oder nicht. Aufgrund der notwendigen Quantenzahlen der rechtshändigen Neutrinos müsste es sich um Standard-Modell-Singletts handeln. Aus diesem Grund können sie nicht mit der schwachen Kraft interagieren.

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