В физике элементарных частиц лептонное число (исторически также называемое лептонным зарядом ) [1] представляет собой сохраняющееся квантовое число , представляющее разницу между количеством лептонов и количеством антилептонов в реакции элементарных частиц. [2] Лептонное число является аддитивным квантовым числом , поэтому его сумма сохраняется во взаимодействиях (в отличие от мультипликативных квантовых чисел , таких как четность, где вместо этого сохраняется произведение). Лептонное число определяется как где
Лептонное число было введено в 1953 году для объяснения отсутствия таких реакций, как
в нейтринном эксперименте Коуэна-Рейнса , который вместо этого наблюдал
Этот процесс, обратный бета-распад , сохраняет лептонное число, поскольку входящий антинейтрино имеет лептонный номер -1, а уходящий позитрон (антиэлектрон) также имеет лептонный номер -1.
Помимо лептонного числа, числа семейства лептонов определяются как [4]
Яркими примерами сохранения лептонного аромата являются распады мюонов.
и
В этих реакциях распада рождение электрона сопровождается рождением электронного антинейтрино , а рождение позитрона сопровождается рождением электронного нейтрино. Аналогично, распад отрицательного мюона приводит к созданию мюонного нейтрино , а распад положительного мюона приводит к созданию мюонного антинейтрино . [5]
Наконец, слабый распад лептона на лептон меньшей массы всегда приводит к образованию пары нейтрино - антинейтрино :
Одно нейтрино переносит лептонное число распадающегося тяжелого лептона ( тауон в этом примере, слабый остаток которого представляет собой тау-нейтрино ) и антинейтрино, которое отменяет лептонное число вновь созданного, более легкого лептона, который заменил исходный. (В этом примере мюонное антинейтрино компенсирует .
Лептонный аромат сохраняется лишь приблизительно и особенно не сохраняется в нейтринных осцилляциях . [6] Однако как полное лептонное число, так и лептонный аромат по-прежнему сохраняются в Стандартной модели.
Многочисленные поиски физики за пределами Стандартной модели включают поиски нарушений лептонного числа или лептонного аромата, таких как гипотетический распад [7].
Такие эксперименты, как MEGA и SINDRUM, занимались поиском нарушения лептонного числа при распаде мюона на электроны; MEG установила текущий предел ветвления порядка 10–13 и планирует снизить его до 10–14 после 2016 г. [8] Некоторые теории , выходящие за рамки Стандартной модели, такие как суперсимметрия , предсказывают коэффициенты ветвления порядка 10–12–10–14 . [7] Эксперимент Mu2e , строящийся в 2017 году, имеет запланированную чувствительность порядка 10 −17 . [9]
Поскольку закон сохранения лептонного числа фактически нарушается киральными аномалиями , существуют проблемы с универсальным применением этой симметрии во всех энергетических масштабах. Однако квантовое число B - L обычно сохраняется в моделях Теории Великого Объединения .
Если нейтрино окажутся майорановскими фермионами , то ни отдельные лептонные числа, ни полное лептонное число, ни
будет сохраняться, например, при безнейтринном двойном бета-распаде , когда два нейтрино, столкнувшись лоб в лоб, могут фактически аннигилировать, подобно (никогда не наблюдавшемуся) столкновению нейтрино и антинейтрино.
Некоторые авторы предпочитают использовать лептонные числа, которые соответствуют знакам зарядов участвующих лептонов, следуя соглашению, используемому для знака слабого изоспина и знака странности квантового числа ( для кварков ), оба из которых обычно имеют произвольные значения. Знак квантового числа совпадает со знаком электрических зарядов частиц.
При соблюдении соглашения о знаках электрического заряда лептонное число (показано здесь с перечеркнутой чертой, чтобы избежать путаницы) электрона , мюона , тауона и любого нейтрино считается как лептонное число позитрона , антимюона , антитауона , и любое антинейтрино считается как. При соблюдении этого соглашения об обратном знаке барионное число остается неизменным, но разница B − L заменяется суммой: B + L , числовое значение которой остается неизменным, поскольку
и
{{cite report}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)