弱同位旋

在粒子物理學中,弱同位旋是一個與弱相互作用相關聯的量子數,類比了強相互作用中同位旋的觀點。弱同位旋通常用或來表示,其第三分量則寫作z、3、z或3。[1]弱同位旋是對弱超荷的一個補充,其一起統一了弱相互作用和電磁相互作用。 弱同位旋守恆定律表明了弱同位旋第三分量3的守恆:在所有弱相互作用過程中,3必須守恆。3也在其它已知相互作用中守恆,因此它是一個廣泛守恆的量子數。因為這個緣故,3是一個比本身更重要的量子數,經常術語“弱同位旋”就代表著“弱同位旋第三分量”。

與手征性的關係

有著負手征性(又稱為“左旋”)的費米子有T=1⁄,並能夠兩兩配對使T=±1⁄,這樣的一對費米子在弱相互作用下表現相同。例如,上類夸克(u、c、t)有T=+⁄,經常衰變為下類夸克:(d、s、b),帶有T=-⁄,或者是反過來。另一方面,一個夸克從來不會弱衰變為T和自己相同的夸克。對於左旋輕子也是這樣,存在由T=-⁄的帶電輕子(e、μ、τ)和T=+⁄的中微子(ν、ν、ν)組成的對。

有著正手征性(又稱“右旋”)的費米子有T=0,只能單個作為一組,不參與弱相互作用。

電荷Q,與弱同位旋T,和弱超荷Y有關,關係式為:

弱同位旋 弱同位旋

弱同位旋與W玻色子

與弱同位旋相關的對稱性是SU(2)。這一對稱性需要能改變弱同位旋荷的玻色子:W 、W 和W 。這暗示W玻色子有T= 1,並且有不同值的T3。

W 玻色子(T= +1)在過程{(T= +1⁄) → (T= -1⁄)}中被發射。

W 玻色子(T= -1)在過程{(T= -1⁄) → (T= +1⁄)}中被發射。

W 玻色子(T= 0)會在T不變的過程中發射。而然,在電弱統一的框架下,W 玻色子會與弱超荷規範玻色子B混合,形成實際觀測到的Z玻色子和量子電動力學中的光子。

同位旋

同位旋(Isospin),為與強相互作用相關的量子數。1932年,海森堡為解釋新發現中子的對稱性而引入同位旋。對於強力相同而電荷不同的粒子,可以看作是相同粒子處在不同的電荷狀態,我們用同位旋來描述這種狀態。同位旋並不是自旋,也不具有角動量的單位。它是無量綱的一個物理量。之所以叫做“同位旋”,只是因為其數學描述與自旋很類似。

在強相互作用過程中,同位旋守恆,但在弱相互作用、電磁相互作用過程中,同位旋不一定守恆。強子的同位旋反映了組成強子的上夸克和下夸克之間的對稱性。

同位旋守恆是味守恆的一種。

另見

•標準模型

•弱超荷

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