基本介紹
- 中文名:味量子數
- 外文名:flavour quantum number
- 學科:量子力學
- 定義:夸克的一種內部性質的統稱
簡介,輕子,夸克,反粒子及強子,量子色動力學,QCD的對稱,守恆定律,另見,
簡介
輕子
所有輕子都帶有輕子數L=1。另外,輕子同時帶有弱同位旋T3,三種帶電荷輕子(即電子、μ子和τ子)的弱同位旋為−⁄2,而它們的中微子則為+⁄2。每一個由帶電輕子及中性輕子(兩者有著相反的弱同位旋)組成的雙重態,組成輕子的一代。另外,有一種量子數叫弱超荷,YW,所有左手性輕子的弱超荷皆為−1。弱同位旋與弱超荷在標準模型中都是規範的。
輕子共有六種“味”量子數:電子數、μ子數、τ子數及三種中微子的對應數。它們在電磁相互作用中守恆,但在弱相互作用中則被破壞。因此,這些“味”量子數並沒有什麼大用途。每一代一個量子數反而更有用,電數(電子與電中微子的值為+1)、μ數(μ子與μ子中微子的值為+1)及τ數(τ子與τ子中微子的值為+1)。然而,這些數還是不會絕對守恆,因為不同代的中微子會混合;也就是說,一個味的中微子可以變成另一個味。這種混合的強度由一個矩陣所定,叫龐蒂科夫-牧-中川-坂田矩陣(PMNS矩陣)。
夸克
所有夸克都帶有重子數B=⁄3。它們還帶有弱同位旋T3=±⁄2。T3為正的夸克(上、魅及頂)叫“上型夸克”,T3為負的(下、奇及底)叫“下型夸克”。每個有上型及下型夸克的雙重態,都各自組成夸克的一個代。
夸克擁有以下的味量子數:
因為它們在電磁及強相互作用中都守恆(但不是在弱相互作用中),所以它們是有用的量子數。可以從它們中建立新的導出量子數:
- 超荷(Y):Y=B+S+C+B′ +T
某一種味的夸克是哈密頓算符弱相互作用部分的本徵態:它會跟W及Z玻色子有一種固定的相互作用方式。另一方面,一固定質量的費米子(哈密頓算符的強相互作用及動能部分的本徵態),一般是多種味的疊加態。因此,在量子態自由傳播時,其內含的夸克可能會轉變。夸克這種從味態變成質量態的轉變,數學上由卡比博-小林-益川矩陣(CKM矩陣)所描述。這個矩陣與中微子的PMNS矩陣有異曲同工之處,它定義了夸克在弱相互作用下味變間的強度。
在有最少三代的時候,CKM矩陣就能夠描述CP破壞。
反粒子及強子
量子色動力學
- 味對稱跟手征對稱有著密切的關係。建議把以下這節跟手征性一同閱讀。
在某些情況下,夸克的質量可以被完全忽略。在這個情形下,每一種夸克味都有一種手征對稱。這時可以把每個夸克場的味變換,分成左手性和右手性兩部分。那么味群就是手性群SUL(Nf) × SUR(Nf)。
如果所有夸克的質量都一樣,那么手征對稱就會被破壞成“對角味群”的“矢量對稱”,它會對夸克的兩種螺旋性作出一樣的變換。這樣的一種對稱縮化叫“明確對稱性破缺”。明確對稱性破缺的量,是由QCD中的淨夸克質量所控制的。
即使夸克沒有質量,如果真空內有手征凝聚物(跟低能量QCD時一樣),手征味對稱也會被自發破壞。因此造成夸克的有效質量,一般在QCD中叫價夸克質量。
QCD的對稱
實驗分析指出,較輕的夸克味的現時質量,比起QCD的截斷能標ΛQCD要小得多,因此對於上、下及奇夸克,手征味對稱與QCD是近似的。手征攝動理論的成功,以及相對簡單的手征模型,都是利用上述這一點。從夸克模型所得出的價夸克質量,比現時的夸克質量要大得多。由此可見,手征凝聚物形成時,QCD會產生自發手征對稱破缺。其他QCD相可能會以其他方式破壞手征味對稱。
守恆定律
絕對守恆的味量子數有:
在一些理論中,如果子(B-L)守恆的話,重子數及輕子數的守恆能被個別破壞。其他味量子數守恆都被弱電相互作用作破壞。強相互作用中味守恆。