В физике элементарных частиц слабый изоспин — это квантовое число , относящееся к электрически заряженной части слабого взаимодействия : Частицы с полуцелым слабым изоспином могут взаимодействовать с Вт± бозоны; частицы с нулевым слабым изоспином этого не делают. Слабый изоспин — это конструкция, параллельная идее изоспина при сильном взаимодействии . Слабому изоспину обычно присваивают символ T или I , а третий компонент обозначается как T 3 или I 3 . Т 3 важнее Т ; обычно «слабый изоспин» используется как краткая форма правильного термина «третий компонент слабого изоспина». Его можно понимать как собственное значение оператора заряда .
В этой статье используются T и T 3 для слабого изоспина и его проекции. Что касается неоднозначных обозначений, I также используется для обозначения «нормального» (сильного взаимодействия) изоспина , то же самое и для его третьего компонента I 3, также известного как T 3 или T z . Еще больше усугубляя путаницу, T также используется как символ квантового числа Топнесса .
Закон сохранения слабого изоспина связан с сохранением слабых взаимодействий save T 3 . Оно также сохраняется при электромагнитном и сильном взаимодействиях . Однако взаимодействие с полем Хиггса не сохраняет T 3 , что непосредственно видно по распространению фермионов, смешивающих киральность за счет их массовых членов, возникающих в результате их хиггсовских связей . Поскольку вакуумное математическое ожидание поля Хиггса не равно нулю, частицы взаимодействуют с этим полем все время, даже в вакууме. Взаимодействие с полем Хиггса изменяет слабый изоспин частиц (и слабый гиперзаряд). Сохраняется только определенная комбинация электрического заряда. Электрический заряд связан со слабым изоспином и слабым гиперзарядом соотношением
В 1961 году Шелдон Глэшоу предложил это соотношение по аналогии с формулой Гелла-Манна-Нисидзимы для заряда до изоспина . [1] [2] : 152
Фермионы с отрицательной киральностью (также называемые «левыми» фермионами) имеют и могут быть сгруппированы в дублеты, которые ведут себя одинаково при слабом взаимодействии . По соглашению электрически заряженным фермионам присваивается тот же знак, что и их электрический заряд. Например, кварки верхнего типа ( u , c , t ) имеют и всегда преобразуются в кварки нижнего типа ( d , s , b ), которые имеют и наоборот. С другой стороны, кварк никогда не распадается слабо на такой же кварк. Нечто подобное происходит и с левыми лептонами , которые существуют в виде дублетов, содержащих заряженный лептон (е−,мкм−,τ−) с и нейтрино (νе,νмкм,ντ) с Во всех случаях соответствующий антифермион имеет обратную киральность («правый» антифермион) и обратный знак
Фермионы с положительной киральностью («правые» фермионы) и антифермионы с отрицательной киральностью («левые» антифермионы) имеют и образуют синглеты, не подвергающиеся заряженным слабым взаимодействиям. Частицы с не взаимодействуют сВт±бозоны ; однако все они взаимодействуют сЗ0бозон .
Из-за отсутствия какого-либо отличительного электрического заряда нейтрино и антинейтрино присваиваются противоположные значениям соответствующего заряженного лептона; следовательно, все левые нейтрино спарены с отрицательно заряженными левыми лептонами, так что эти нейтрино имеют изменение заряда и четности между левыми нейтрино ( ) и правыми антинейтрино ( ).
Симметрия, связанная со слабым изоспином, равна SU(2) и требует калибровочных бозонов с ( Вт+ , Вт− , и Вт0 ) для осуществления преобразований между фермионами с полуцелыми слабыми изоспиновыми зарядами. [4] подразумевает, что
Вт
бозоны имеют три различных значения
В условиях электрослабого объединения Вт0 бозон смешивается со слабым калибровочным бозоном гиперзаряда
Б0
; оба имеют слабый изоспин = 0. Это приводит к наблюдаемому З0 бозон и фотон квантовой электродинамики ; результирующий З0 и γ0также имеют нулевой слабый изоспин.