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¿Qué partículas de intercambio pueden cambiar el sabor del leptón?

Así que sé que en el modelo estándar $W^+$ y $W^-$ puede cambiar los sabores de los leptones pero $Z^0$ no puede. No creo que los fotones puedan (¿es esto correcto?) y los gluones no pueden porque no interactuarían con los leptones.

¿Puede la interacción con un bosón de Higgs cambiar el sabor de un leptón?

Si hace alguna diferencia estoy interesado en el comportamiento del modelo estándar.

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user50705 Puntos 308

El sabor de un leptón cargado está determinado por su masa. Es decir, un electrón, un muón y un tau se diferencian únicamente por el hecho de que sus masas son (aproximadamente) $0.511\:\textrm{MeV}$ , $106\:\textrm{MeV}$ y $1777\:\textrm{MeV}$ respectivamente.

En el Modelo Estándar (SM), las partículas adquieren su masa a partir de los términos de Yukawa y del mecanismo de Higgs. Tras la ruptura espontánea de la simetría, los términos de Yukawa dan lugar a términos de masa para los fermiones y a términos de interacción fermión-Higgs. Por lo general, se necesita una cierta rotación de los campos para leer la física. En una base apropiada, se identifican tres leptones cargados masivos, cuyas interacciones con el Higgs no mezclan diferentes estados propios de masa. Así, las interacciones con el bosón de Higgs no cambian la masa/sabor del leptón cargado.

(La interacción electromagnética, que surge en el término cinético a través de la derivada covariante, no está rota por el mecanismo de Higgs y tampoco cambia la masa/sabor del leptón cargado).

Sin embargo, la historia de los neutrinos es diferente. Se ha descubierto que los neutrinos tienen masas distintas de cero. Esto ya no es el "comportamiento del Modelo Estándar": en el SM los neutrinos están obligados a no tener masa por las simetrías del modelo. Si se insiste en el "comportamiento del Modelo Estándar", entonces la respuesta para los neutrinos sería básicamente la misma que para los leptones cargados. Sin embargo, la naturaleza no lo eligió así, así que si me permites continuar...

Los neutrinos tienen masas no nulas. También existe una mezcla no nula, es decir, un neutrino masivo es en realidad una combinación lineal de diferentes sabores de neutrinos. (A la inversa, cada sabor de neutrino es una combinación lineal de estados de neutrinos masivos).

Espera, ¿cómo definir el sabor del neutrino, te preguntarás? Los neutrinos vienen en tres sabores diferentes: neutrino electrónico, neutrino muón y neutrino tau. Los sabores se definen por el método de producción del neutrino. Si se produjo debido a la interacción de un $W$ bosón y un electrón, es un neutrino electrónico (análogamente para $\mu$ y $\tau$ ). Eso sí, no seguirá siendo un neutrino electrónico durante tiempos arbitrariamente largos. Como los sabores no están alineados con las masas, durante la propagación un neutrino oscila .

Así que si quieres cambiar el sabor de un leptón (neutro), ¡simplemente deja que se propague!

Para ir aún más allá del SM... Si el origen de la masa de los neutrinos es el mismo que el de los leptones cargados -los mencionados términos de Yukawa, a costa de modificar el contenido de campo del Modelo Estándar-, cabe esperar que las interacciones con el Higgs cambien efectivamente el sabor de los neutrinos. Sin embargo, hay que tener en cuenta que las amplitudes de estas interacciones son proporcionales a las masas de los neutrinos, es decir, increíblemente pequeñas. Así que puedes olvidarte de medirlas. (Esto también es cierto en los modelos see-saw, aunque los neutrinos pesados extra-SM suelen estar ahí y su acoplamiento al Higgs puede ser más fuerte).

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