R-четность - R-parity

R-четность это концепция в физика элементарных частиц. в Минимальная суперсимметричная стандартная модель, барионное число и лептонное число больше не сохраняются всеми перенормируемый муфты в теории. Поскольку барионное число и сохранение лептонного числа были проверены очень точно, эти связи должны быть очень малыми, чтобы не противоречить экспериментальным данным. R-четность - это ${ Displaystyle mathbb {Z} _ {2}}$ симметрия, действующая на Минимальная суперсимметричная стандартная модель (MSSM) поля, которые запрещают эти связи и могут быть определены как^[1]

{ Displaystyle P _ { mathrm {R}} = (- 1) ^ {3B + L + 2s},}

или, что то же самое, как

{ Displaystyle P _ { mathrm {R}} = (- 1) ^ {3 (B-L) + 2s},}

куда s является вращение, B является барионное число, и L является лептонное число. Все частицы Стандартной модели имеют R-четность +1, а суперсимметричные частицы имеют R-четность -1.

Кандидат на темную материю

При сохранении R-четности легчайшая суперсимметричная частица (LSP ) не может распасться. Таким образом, эта легчайшая частица (если она существует) может объяснить наблюдаемую недостающую массу Вселенной, которую обычно называют темная материя.^[2] Чтобы соответствовать наблюдениям, предполагается, что эта частица имеет массу 100 ГэВ /c² к 1 ТэВ /c², нейтрален и взаимодействует только через слабые взаимодействия и гравитационные взаимодействия. Его часто называют Слабо взаимодействующая массивная частица или WIMP.

Обычно кандидат в темную материю в MSSM представляет собой смесь электрослабых Гауджино и Хиггсино и называется нейтралино. В расширениях MSSM возможно наличие снейтрино быть кандидатом на темную материю. Другая возможность - это Gravitino, который взаимодействует только через гравитационные взаимодействия и не требует строгой R-четности. Обратите внимание, что существуют разные формы паритета с разными эффектами и принципами, не следует путать этот паритет с другим паритетом.

Связи MSSM, нарушающие R-четность

Перенормируемые связи MSSM, нарушающие R-четность:

${ displaystyle int d ^ {2} theta ; lambda _ {1} ; U ^ {c} D ^ {c} D ^ {c}}$ нарушает B на 1 единицу

Самое сильное ограничение, связанное только с этой связью, вызвано несоблюдением нейтронно-антинейтронные осцилляции.

${ displaystyle int d ^ {2} theta ; lambda _ {2} ; QD ^ {c} L}$ нарушает L на 1 единицу

Самым сильным ограничением, включающим только эту связь, является нарушение универсальности Константа Ферми ${ displaystyle G_ {F}}$ в кварковых и лептонных распадах заряженного тока.

${ displaystyle int d ^ {2} theta ; lambda _ {3} ; LE ^ {c} L}$ нарушает L на 1 единицу

Самым сильным ограничением, связанным только с этим взаимодействием, является нарушение универсальности константы Ферми при распадах лептонного заряженного тока.

${ displaystyle int d ^ {2} theta ; kappa ; LH_ {u}}$ нарушает L на 1 единицу

Самым сильным ограничением, связанным только с этим взаимодействием, является то, что оно приводит к большой массе нейтрино.

Хотя ограничения на отдельные муфты достаточно сильны, если несколько муфт объединить вместе, они приводят к распад протона. Таким образом, существуют дальнейшие максимальные ограничения на значения взаимодействий от максимальных ограничений скорости распада протона.

Распад протона

Без сохранения барионного и лептонного числа ${ Displaystyle { mathcal {O}} (1)}$ для взаимодействий, нарушающих R-четность, протон может распасться примерно за 10⁻² секунд или если минимальное нарушение вкуса Предполагается, что время жизни протона может быть увеличено до 1 года. Поскольку время жизни протона превышает 10³³ до 10³⁴ лет (в зависимости от точного канала распада), это очень неблагоприятно сказалось бы на модели. R-четность устанавливает все ренормируемые барионные и лептонные числа, нарушающие связи, равными нулю, и протон становится стабильным на перенормируемом уровне, а время жизни протона увеличивается до 10³² лет и почти соответствует текущим данным наблюдений.

Поскольку при распаде протона одновременно нарушаются и лептонное, и барионное число, ни одна перенормируемая связь, нарушающая R-четность, не приводит к распаду протона. Это послужило стимулом для изучения нарушения R-четности, когда только один набор связей, нарушающих R-четность, отличен от нуля, что иногда называют гипотезой доминирования одиночной связи.

Возможные источники R-четности

Очень привлекательный способ мотивировать R-паритет - это B − L непрерывная калибровочная симметрия, которая спонтанно нарушается в масштабах, недоступных для текущих экспериментов. Непрерывный ${ Displaystyle U (1) _ {B-L}}$ запрещает перенормируемые термины, нарушающие B и L.^[3]^[4]^[5]^[6] Если ${ Displaystyle U (1) _ {B-L}}$ нарушается только скалярными значениями математического ожидания вакуума (или другими параметрами порядка), которые несут четные целые значения 3 (B – L), то существует точно сохраняющаяся дискретная остаточная подгруппа, обладающая требуемыми свойствами.^[7]^[8]^[9]^[10]^[11] Ключевой вопрос - определить, снейтрино (суперсимметричный партнер нейтрино), который является нечетным при R-четности, имеет вакуумное математическое ожидание. На феноменологической основе можно показать, что этого не может произойти ни в какой теории, где ${ Displaystyle U (1) _ {B-L}}$ разбита в масштабе намного выше электрослабый один. Это верно для любой теории, основанной на крупномасштабном механизм качелей.^[12] Как следствие, в таких теориях R-четность остается точной при всех энергиях.

Это явление может возникать как автоматическая симметрия в ТАК (10) теории великого объединения. Это естественное возникновение R-четности возможно, потому что в SO (10) фермионы Стандартной модели возникают из 16-мерного спинорное представление, в то время как Хиггс возникает из 10-мерного векторного представления. Чтобы создать SO (10) инвариантное взаимодействие, необходимо иметь четное число спинорных полей (т.е. существует спинорная четность). После нарушения симметрии GUT эта спинорная четность опускается до R-четности, пока не используются спинорные поля для нарушения симметрии GUT. Построены явные примеры таких теорий SO (10).^[13]^[14]

Смотрите также

R-симметрия

внешняя ссылка

[1] Мартин, С. П. (6 сентября 2011 г.). «Праймер суперсимметрии». Расширенная серия по направлениям физики высоких энергий. 18: 1–98. arXiv:hep-ph / 9709356. Дои:10.1142/9789812839657_0001. ISBN 978-981-02-3553-6. S2CID 118973381.

[2] Jungman, G .; Kamionkowski, M .; Грист, К. (1996). «Суперсимметричная темная материя». Отчеты по физике. 267 (5–6): 195–373. arXiv:hep-ph / 9506380. Bibcode:1996PhR ... 267..195J. Дои:10.1016/0370-1573(95)00058-5. S2CID 119067698.

[3] Мохапатра, Р. Н. (1986). «Новые вклады в безнейтринный двойной бета-распад в суперсимметричных теориях». Физический обзор D. 34 (11): 3457–3461. Bibcode:1986ПхРвД..34.3457М. Дои:10.1103 / PhysRevD.34.3457. PMID 9957083.

[4] Шрифт, A .; Ibáñez, L.E .; Кеведо, Ф. (1989). "Подразумевает ли стабильность протона наличие лишнего Z⁰?" (PDF). Письма по физике B. 228: 79–88. Bibcode:1989ФЛБ..228 ... 79Ф. Дои:10.1016/0370-2693(89)90529-7.

[5] Мартин, С. П. (1992). «Некоторые простые критерии для калибровки R-четности». Физический обзор D. 46 (7): R2769 – R2772. arXiv:hep-ph / 9207218. Bibcode:1992ПхРвД..46.2769М. Дои:10.1103 / PhysRevD.46.R2769. S2CID 14821065.

[6] Мартин, С. П. (1996). «Последствия суперсимметричных моделей с естественным сохранением R-четности». Физический обзор D. 54 (3): 2340–2348. arXiv:hep-ph / 9602349. Bibcode:1996ПхРвД..54.2340М. Дои:10.1103 / PhysRevD.54.2340. PMID 10020912. S2CID 5751474.

[7] Файет, П. (1975). «Суперкалибровочное инвариантное расширение механизма Хиггса и модель электрона и его нейтрино». Ядерная физика B. 90: 104–124. Bibcode:1975НуФБ..90..104Ф. Дои:10.1016/0550-3213(75)90636-7.

[8] Салам, А .; Стратди, Дж. (1975). «Суперсимметрия и сохранение числа фермионов». Ядерная физика B. 87: 85–92. Bibcode:1975НуФБ..87 ... 85С. Дои:10.1016/0550-3213(75)90253-9.

[9] Фаррар, Г. Р .; Вайнберг, С. (1983). «Суперсимметрия при обычных энергиях. II. R-инвариантность, голдстоуновские бозоны и калибровочно-фермионные массы». Физический обзор D. 27 (11): 2732. Bibcode:1983ПхРвД..27.2732Ф. Дои:10.1103 / PhysRevD.27.2732.

[10] Файет П. (1977). «Спонтанно нарушенные суперсимметричные теории слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий». Письма по физике B. 69 (4): 489–494. Bibcode:1977ФЛБ ... 69..489Ф. Дои:10.1016/0370-2693(77)90852-8.

[11] Farrar, G.R .; Файет П. (1978). «Феноменология рождения, распада и обнаружения новых адронных состояний, связанных с суперсимметрией». Письма по физике B. 76 (5): 575. Bibcode:1978ФЛБ ... 76..575Ф. Дои:10.1016/0370-2693(78)90858-4.

[12] Аулах, С. С .; Melfo, A .; Рашин, А .; Сеньянович, Г. (1998). «Суперсимметрия и крупномасштабная лево-правая симметрия». Физический обзор D. 58 (11): 115007. arXiv:hep-ph / 9712551. Bibcode:1998ПхРвД..58к5007А. Дои:10.1103 / PhysRevD.58.115007. S2CID 43296921.

[13] Аулах, С. С .; Bajc, B .; Melfo, A .; Рашин, А .; Сеньянович, Г. (2001). "SO (10) теория R-четности и массы нейтрино". Ядерная физика B. 597 (1–3): 89–109. arXiv:hep-ph / 0004031. Bibcode:2001НуФБ.597 ... 89А. Дои:10.1016 / S0550-3213 (00) 00721-5. S2CID 119100803.

[14] Аулах, С. С .; Bajc, B .; Melfo, A .; Senjanović, G .; Виссани, Ф. (2004). «Минимальная суперсимметричная теория великого объединения». Письма по физике B. 588 (3–4): 196–202. arXiv:hep-ph / 0306242. Bibcode:2004ФЛБ..588..196А. Дои:10.1016 / j.physletb.2004.03.031. S2CID 119401374.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]