重輕子

重輕子

重輕子及其相伴的中微子的發現,意味著輕子由4種增加到6種。如果接受夸克、輕子數目相等的對稱理論,則夸克也應由原來的4種增加到6種。因此重輕子的發現對建立粒子統一模型是十分重要的。

基本介紹

  • 中文名:重輕子
  • 外文名:heavy lepton
  • 符號:τ±
  • 質量:1782MeV
  • 學科:核化學
概念,重輕子在LHC上的產生,人工色模型,3-3-1模型,LHC模型,

概念

質量核子重的輕子,質量比原有輕子重得多的輕子。以τ表示。由正電子、負電子 湮滅反應產生:e++e-→τ++τ-。自旋1/2,電荷數為-1,平均壽命3.5×10-12s,不參與強相互作用
1975年實驗發現重輕子,同時有實驗跡象表明,存在與重輕子τ相伴的中微子γτ,相應地存在τ輕子數守恆。

重輕子在LHC上的產生

為了使得中微子獲得質量,對SM進行擴展的seesaw刪機制中,seesaw Iseesaw III很明顯的出現了新的輕子(在有些模型中seesawⅡ也會出現重輕子)。這些輕子一般質量都比較重(在TeV量級),因而我們稱之為重輕子。重輕子的產生是很自然的。在很多超出SM的新物理模型中也都出現了重輕子,如人工色模型、小Higgs模型、3-3-1模型、左右手模型等等。

人工色模型

由於還沒有發現SM預言的Higgs玻色子,人工色模型的基本思想就是去掉了Higgs粒子,在模型中引入了一種新的費米子-TC費米子,在這些費米子之間存在一種類似於強相互作用的新相互作用(TC)。用TC費米子凝聚來代替SM中的Higgs玻色子,使電弱對稱群SU(2)L×U(1)y自發破缺到電磁對稱群U(1)EM,實現了電弱規範對稱性的動力學破缺,從而解決了SM中的基本標量場的不自然性和平庸性的問題,其中的TC費米子就是該模型預言的重輕子。

3-3-1模型

這是一個是在規範對稱群SU(3)c×SU(3)L×U(1)Y(3-3-1)作用下超出SM的擴展模型,簡稱3-3-1模型。3-3-1模型有很多種,這裡介紹的3-3-1模型中包含一個右手中微子,它是是輕子三重態的一部分,人們將這種帶有右手中微子的3-3-1模型表示成331vR。這裡我們關心的是它的輕子和標量部分。對於其它部分,我們只知道它的基本內容即可。該模型中包含9個規範玻色子,其中4個是SM的規範玻色子,而且最後四個帶2單位的輕子數,所以稱之為雙輕子。在夸克部分中除了SM的夸克,模型中還包括具有現象學意義的新夸克,它們具有帶重子和輕子數的特性,它們是leptoquark。為了在此模型下實現seesaw機制,在原來標量部分的基礎上加入一個標量的seesaw。這裡認為產生輕子數自發破缺和電弱對稱性自發破缺是協同產生的。以這樣的方式構建的模型可以使所有的中微子都可以從Yukawa相互作用中產生質量項。結果發現實現seesaw機制之後,會出現一個比較重的輕子。這個具有電弱標度的中微子可能會在LHC上直接觀測到。

LHC模型

由於SM存在著不自然性問題(又稱為規範等級問題),一種叫做小Higgs的理論模型被提出.在此理論中假定Higgs粒子是整體對稱性破缺中的哥爾斯通玻色子,通過“集體對稱破缺”機制,用近似整體對稱性保護Higgs粒子的質量。由新引入的與SM相應粒子具有同樣自旋的新的頂夸克、新規範玻色子和新的標量粒子分別抵消SM中頂夸克、規範玻色子以及Higgs自相互作用對Higgs質量的單圈平方貢獻,從而使Higgs質量免於平方發散,解決了不自然性問題。最小Higgs(LH)模型是小Higgs模型的最簡單實現方法。LH模型解決了SM中的不自然性問題,但是卻受到精確電弱測量數據的限制,即精細調節問題。為了解決這個問題,一個被稱為“T宇稱”的分立對稱性在LH模型中被引入,形成其中具有T宇稱的最小Higgs(LHT)模型。其中為了使費米子部分實現T宇稱,引入三對“新輕子”和三對“新夸克”,它們具有T-odd宇稱,這裡的T-odd輕子就是我們所說的重輕子。

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