Генерация (физика элементарных частиц)

В физике элементарных частиц, поколение или семейство представляет собой подразделение элементарных частиц. Между поколениями частицы различаются по своему квантовому числу аромата и массе, но их электрическое и сильное 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 кварка можно разделить на один с зарядом - ⁄ 3 (нижний тип) и один с зарядом + ⁄ 3 (восходящий тип). Основные особенности генерации или семейств кварк-лептонов, такие как их массы, смеси и т. Д., Могут быть описаны некоторыми из предложенных симметрий семейств .

• 1 Обзор
• 2 Четвертое поколение
• 3 Источник
• 4 Ссылки

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 всего 0,511 МэВ / c, мюон второго поколения имеет массу 106 МэВ / c, а третье поколение тау имеет массу 1777 МэВ / c (почти вдвое тяжелее, чем протон ). Это 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, которые содержат верхние и нижние кварки. Второе и третье поколения заряженных частиц не встречаются в обычном веществе и наблюдаются только в средах с очень высокой энергией, таких как космические лучи или ускорители частиц. Термин «генерация» впервые был введен Хаимом Харари в Летней школе Лез-Уш, 1976 год.

Нейтрино всех поколений текут по всей вселенной, но редко взаимодействуют с другими веществами. Есть надежда, что исчерпывающее 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.

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 могли бы вызвать дополнительные поколения; такие модификации сильно не одобряются измерениями. Более того, четвертое поколение с «легким» нейтрино (с массой менее 45 ГэВ / c) было исключено измерениями ширины распада бозона Z в ЦЕРН s Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP). Тем не менее, поиски частиц четвертого поколения на коллайдерах высоких энергий продолжаются, но пока никаких свидетельств 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 из экспериментов на LHC.

Нижняя граница для нейтрино четвертого поколения ($\nu \; \tau \; \prime \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nu\; \_\; \{\backslash \; tau\}\; \text{'}\}$) масса в настоящее время составляет около 60 ГэВ. (В миллионы раз больше, чем верхняя граница для остальных трех масс нейтрино).

Нижняя граница для заряженного лептона четвертого поколения ($\tau \; \prime \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; tau\; \text{'}\}$) масса в настоящее время составляет 100 ГэВ, а верхняя граница составляет 1,2 ТэВ из соображений унитарности.

Если формула Койде продолжает выполняться, массы заряженного лептона четвертого поколения будут 44 ГэВ (исключено), а b ′ и t ′ должны быть 3,6 ТэВ и 84 ТэВ соответственно. (Максимальная энергия протонов на LHC составляет около 6 ТэВ).

Происхождение нескольких поколений фермионов и конкретное количество 3 является нерешенной проблемой физики. Теория струн предоставляет причину для нескольких поколений, но конкретное число зависит от деталей пересечения компактификации или D-браны.