Welche der Eigenschaften von Partikeln sind intrinsische Eigenschaften und warum? [geschlossen]

Symmetrien als Definition von Teilchenladungen

Moderne realistische Theorien der Teilchenphysik bauen auf der Forderung auf, dass es eine solche Symmetriegruppe gibt, die die Größen definiert, die in allen theoretisch beschriebenen Prozessen (freie Ausbreitung, Wechselwirkungen) erhalten bleiben. Diese Symmetriegruppe wird als direktes Produkt von Untergruppen der kinematischen Symmetrie (der Poincare-Gruppe) und der intrinsischen (Wechselwirkungs-) Symmetrie (wie die Standardmodellsymmetrie) angegeben.

Aus mathematischer Sicht ist das Teilchen als irreduzible Darstellung der Poincare-Gruppe definiert. Indem wir die Wigner-Klassifikation der irreduziblen Darstellung und (in gewissem Sinne) experimentelle Fakten verwenden, können wir alle freien Teilchen nach dem Spin klassifizieren$s$und Masse$m$(wenn das Teilchen massiv ist) oder durch Helizität$h$(wenn das Teilchen masselos ist). Diese Größen (Ladungen) sind die wichtigsten Größen des Teilchens, und sie existieren unabhängig von der Messung.

Die meisten Wechselwirkungen werden durch das Standardmodell beschrieben, dessen lokale (dh Wechselwirkungen besitzende) Symmetriegruppe eben ist

$$G_{\text{local}}\sim SU_{c}(3)\times SU_{L}(2)\times U_{Y}(1),$$ und seine adjungierten Darstellungen werden durch Eichfelder realisiert. Die Eigenschaft des gegebenen Teilchens, durch diese Felder zu interagieren (experimentelle Tatsache, die nicht den Wert der Ladungsmenge, sondern das Vorhandensein der Wechselwirkung definiert), definiert Ladungen unter Untergruppen der SM-Symmetriegruppe.

Es gibt auch experimentelle Tatsachen, dass bei niedrigen Energien die Anzahl der Teilchen eines bestimmten Typs erhalten bleibt, was die globale Symmetriegruppe definiert - Baryonen- und Leptonen-Symmetriegruppe:

$$G_{\text{global}}\sim U_{B}(1)\times U_{e}(1)\times U_{\mu}(1)\times U_{\tau}(1),$$ so dass die volle Gruppe der intrinsischen Symmetrie der meisten Wechselwirkungen besteht $$G_{\text{intr}} \sim G_{\text{local}}\times G_{\text{global}}$$

Teilchenladungen als intrinsische Eigenschaften

Die intrinsischen Eigenschaften des Elementarteilchens sind eine Menge der grundlegendsten Eigenschaften, die es definieren.

Die Existenz von von experimentellen Messungen unabhängigen kinematischen Intristisgrößen (Masse und Spin bzw. Helizität) des Elementarteilchens ergibt sich aus der einzigen experimentellen Tatsache: Unsere Welt ist in guter Näherung Poincare-symmetrisch. Somit hat jedes Teilchen, das in unserer Welt lebt, Masse und Spin oder Helizität. Dies bedeutet, dass diese Größen intrinsische Eigenschaften des Teilchens sind: Indem wir Werte für Masse und Spin (oder Helizität) festlegen, haben wir es mit dem gegebenen freien Teilchen zu tun.

Werte lokaler Symmetriegruppenladungen (genauer gesagt - ihre Verhältnisse) von Elementarteilchen im Standardmodell werden überraschenderweise von SM selbst durch die Selbstkonsistenzanforderung (genauer - durch die Anforderung der Einheitlichkeit) festgelegt. Beispielsweise folgt aus einer solchen Anforderung die Tatsache der Ladungsquantisierung.

Also ist das einzige, was wir von dem Experiment am Anfang brauchen, zu klären: Das Teilchen interagiert durch ein solches Eichfeld, oder es tut es nicht. In gewissem Sinne müssen wir nur experimentelle Daten über die Eigenschaft aller Teilchen sammeln, zu interagieren oder nicht zu interagieren, und dann werden die grundlegenden Anforderungen wie die Einheitlichkeit ihre Verhältnisse festlegen. Da wir schließlich experimentell sehen, dass die Wechselwirkung jedes Teilchens nur durch diese Ladungen definiert wird, und für jedes gegebene Teilchen (mit gegebener Masse und Spin oder mit gegebener Helizität) diese Eigenschaft unverändert bleibt, schließen wir aus der Definition, dass diese Ladungen intrinsisch sind Eigenschaften von Elementarteilchen.

Werte intrinsischer globaler Ladungen, wie Lepton- und Baryonenladungen, stammen aus der Tatsache der Messung der konservierten Anzahl von Teilchen des gegebenen Typs. Das heißt, wir sehen nur, dass die Summenzahl von Elektronen und Elektron-Neutrinos minus der Summenzahl von Positronen und Elektron-Antineutrino bei allen Wechselwirkungen erhalten bleibt, und dies definiert die elektronische Leptonenzahl als intrinsische Eigenschaft.