¿Qué explicaciones teóricas existen por el hecho de que hay tres generaciones de leptones y quarks?
Yo no soy mucho de preguntar por qué hay exactamente 3 generaciones, sino más bien, lo que hace que el electrón, el muón y tau diferentes. Además, dado que las tres familias de quarks no tiene que ser a priori relacionadas con las tres familias de leptones, estoy interesado en las respuestas para cualquiera de los quarks, leptones, o ambos.
No tenemos una buena explicación de por qué los quarks y los leptones caer en generaciones. Pero tenemos algunas muy fuertes argumentos de que tiene que ser así, porque de la forma en que las interacciones débiles se comportan.
En primer lugar, las interacciones débiles nos dicen que cada leptón debe ser emparejado con un neutrino, y que cada cargo 2/3 quark debe ser emparejado con una carga -1/3 de quark. Este emparejamiento es necesario escribir el Lagrangiano para las interacciones débiles.
El segundo bit es incluso más raro. Las interacciones débiles son quirales; no tratar zurdo partículas de la misma manera que tratan a diestro partículas. Quantum quirales calibre teorías, al igual que el SU(2) x U(1) medidor de la teoría que describe las interacciones electrodébil, son algo delicado bestias. La mayoría de los clásicos quirales calibre de las teorías no puede ser cuantificada; mecánica cuántica efectos de dar lugar a anómala indicador de ruptura de simetría, que la ruina de la consistencia de la teoría.
En el caso de la Glashow-Weinberg-Salam modelo, hay una consistencia condición para evitar anomalías: 3 veces la suma de las cargas en un quark doblete + la suma de las cargas en un leptón doblete debe ser igual a cero. Esta condición es satisfecha por el Modelo Estándar de partículas: 3(2/3 - 1/3) + (0 - 1) = 0. Que nos dice que los quarks y los leptones dobletes en una generación realmente se emparejan en una no-forma trivial. Si ellos no estaban en pareja, la teoría más probable es que sea inconsistente.
he aquí otro argumento (descargo de responsabilidad: yo soy un experimentales):
por ejemplo, la Wikipedia dice que:
"Directo" CP violación está permitido en el Modelo Estándar si una fase compleja aparece en la matriz CKM describir quark de mezcla, o de los PMN de la matriz que describe el neutrino mezcla. En tal esquema, una condición necesaria para la aparición de la fase compleja, y por lo tanto para CP violación, es la presencia de al menos tres generaciones de quarks.
el mismo artículo también dice más abajo:
El universo está hecho principalmente de la materia, en lugar de compuesto de partes iguales de materia y antimateria como podría esperarse. Se puede demostrar que, para crear un desequilibrio en la materia y la antimateria a partir de una situación inicial de equilibrio, el Sájarov condiciones deben ser satisfechas, uno de los cuales es la existencia de CP violación a las extremas condiciones de los primeros segundos después del Big Bang. Explicaciones que no impliquen violación CP son menos plausible, ya que se basan en la suposición de que la materia–antimateria desequilibrio estuvo presente en el comienzo, o en otros ciertamente exóticas supuestos.
El Big Bang debería haber producido cantidades iguales de materia y antimateria si CP-simetría fue preservada; como tal, no debería haber sido la anulación total de ambos-los protones deben haber cancelado con antiprotones, con electrones positrones, neutrones, con antineutrons, y así sucesivamente. Esto habría resultado en un mar de radiación en el universo sin materia.
En otras palabras, si hay menos de tres generaciones de quarks (a menos que el estado inicial del universo había una materia y anti-materia asimetría), no habría materia y que en última instancia, no sería capaz de hablar de este tema aquí...
Aquí está una experimentales de la respuesta:
El Modelo Estándar de la física de partículas no es un teórico de la invención, es un laboriosamente construido hasta la compilación del número cuántico comportamiento en las interacciones de las partículas elementales. Por lo que es un hecho experimental.
Primero comenzó con SU(2) grupos y se encontraron que las simetrías se ajustaba a la de bariones de la nomenclatura de protones y de neutrones en física nuclear para empezar, permitiendo el potencial teórico de los modelos a ser construido para la fuerza nuclear.
Luego vino la alta energía de los experimentos en los aceleradores de que le dio una gran cantidad de partículas con registraron números cuánticos organizado por los teóricos de asumir SU(3)xSU(2)xU(1) la simetría de los grupos de describir todas las simetrías de las partículas y de la forma en que interactúan unos con otros. De nuevo, estos son los datos medidos, describiendo la Naturaleza.
Estos grupo de simetrías no tienen misas separadas para cada partícula. En la estructura de todos ellos podrían tienen masa cero. Así que las teorías de vino hasta que propone que no hay ruptura de la simetría abajo en las energías bajas, y si uno va a suficientemente altas energías de todo es masa. Teorías evolucionado para describir las simetrías y explicar los datos.
Un ejemplo son grandes Teorías Unificadas:
Un INTESTINO modelo consta básicamente de un indicador grupo compacto de Lie del grupo, una forma de conexión para que Yacen en el grupo, una de Yang-Mills acción para que la conexión dada por un invariante simétrica forma bilineal sobre su Mentira álgebra (la cual es especificada por una constante de acoplamiento para cada factor), un sector de Higgs que consiste en una serie de campos escalares de tomar los valores de real/complejo de representaciones de la Mentira y de grupo quirales Weyl fermiones tomar valores dentro de un complejo representante de la Mentira de grupo. La Mentira de grupo contiene el Modelo Estándar de grupo y de los campos de Higgs adquirir VEVs que conduce a una ruptura espontánea de simetría del Modelo Estándar. El Weyl fermiones representan la materia.
Las teorías más recientes que integran el Modelo Estándar y el funcionamiento del INTESTINO son la Cadena de Teorías.
Así que los tres generaciones vienen de número cuántico clasificaciones de los datos y las teorías que explican las observaciones ruptura espontánea de simetría a bajas energías, y la de las masas diferenciar entre las generaciones, por la mediación del campo de Higgs.
No puedo pensar en algunas especulativo o poco ortodoxo respuestas, y seguro que otros pueden hacer, así que por favor deja me marca que esta respuesta como la Wiki de la Comunidad:
tres generaciones hacer un buen número de grados de libertad para un INTESTINO modelo. Suponiendo que los neutrinos tienen compañeras de la otra quiralidad, una generación tiene 36 grados de libertad. Con esto, el MSSM pasa a tener 128+128 grados de libertad, y más mínima SUSY modelo debe tener al menos 126+126, debido a la masiva supermultiplets para Z (y, W+, W-) contienen un escalar pareja. Así, 96 squarks y sleptons plus 8 gluones (x2) para los estados plus Z W W electrodébil bosones (x 3) más de fotones (x 2), además de tres escalares = 96+16+9+2+3= 126.
De la mano saludando argumentos con octonions han sido siempre de todo, y según una respuesta de Joel en el duplicado de la pregunta, que podría haber sido ya en 1966! El trabajo moderno a lo largo de esta línea ha sido realizado por Cohl Furey http://arxiv.org/abs/1405.4601
Nicolai continuación http://arxiv.org/abs/1412.1715 de un modelo de Gell-mann involvess dos técnicas para fijar el número de generaciones: las representaciones de la(8) y un color-sabor de bloqueo.
Frampton sugiere anomalía de la cancelación en un modelo 331 http://arxiv.org/abs/1504.05877
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