Hipercarga

En física de partículas, la hipercarga (un acrónimo de hiperónico y carga) Y de una partícula es un número cuántico conservado bajo interacción fuerte. El concepto de hipercarga proporciona un único operador de carga que tiene en cuenta las propiedades de isospin, carga eléctrica y sabor. La hipercarga es útil para clasificar hadrones; la hipercarga débil, de nombre similar, tiene un papel análogo en la interacción electrodébil.

Definición

La hipercarga es uno de los dos números cuánticos del modelo SU(3) de hadrones, junto con el isospin I₃ . El isospin por sí solo fue suficiente para dos tipos de quarks, a saber, u y d, mientras que Actualmente se conocen seis tipos de quarks.

Los diagramas de peso SU(3) (ver más abajo) son bidimensionales y las coordenadas se refieren a dos números cuánticos: I ₃ (también conocido como I_z), que es el < span class="texhtml">z componente de isospin, y Y, que es la hipercarga (definida por extrañeza S, encanto C, parte inferior B′, parte superior T′ y número bariónico B). Matemáticamente, la hipercarga es

${displaystyle Y=B+S-{frac {C-B'+T'}~}$

Las interacciones fuertes conservan la hipercarga (y la hipercarga débil), pero las interacciones débiles no.

Relación con carga eléctrica e isospin

La fórmula Gell-Mann-Nishijima relaciona el isospin y la carga eléctrica

${displaystyle Q=I_{3}+{tfrac Y,$

donde I₃ es el tercer componente del isospin y Q es la carga de la partícula.

Isospin crea multipletes de partículas cuya carga promedio está relacionada con la hipercarga por:

${displaystyle Y=2{bar} {Q}}$

dado que la hipercarga es la misma para todos los miembros de un multiplete, y el promedio de los valores I₃ es 0.

Estas definiciones en su forma original son válidas sólo para los tres quarks más ligeros.

Modelo SU(3) en relación con la hipercarga

El modelo SU(2) tiene multipletes caracterizados por un número cuántico J, que es el momento angular total. Cada multiplete consta de 2J + 1 subestados con valores equidistantes de J_z, formando una disposición simétrica vista en espectros atómicos e isospin. Esto formaliza la observación de que no se observaron ciertas desintegraciones bariónicas fuertes, lo que lleva a la predicción de la masa, extrañeza y carga del barión Ω-.

El SU(3) tiene supermultiplets que contienen multipletes SU(2). SU(3) ahora necesita dos números para especificar todos sus subestados, que se denotan por λ₁ y λ_2.

(λ₁ + 1) especifica el número de puntos en el lado superior del hexágono mientras que (λ₂ + 1) especifica el número de puntos en el lado inferior.

Ejemplos

• El grupo del núcleo (protones con Q = +1 y neutrones con Q = 0 ) tienen un cargo promedio de ++1/2Así que ambos tienen hipercarga Y = 1 (since baryon number B = +1 y S = C = B. = T. = 0). De la fórmula Gell-Mann–Nishijima sabemos que proton tiene isospin I₃ = ++1/2 mientras que el neutron tiene I₃ = −+1/2.
• Esto también funciona para quarks: Para el arriba quark, con un cargo de ++2/3, y un I₃ de ++1/2, deducimos una hipercarga 1/3, debido a su número de baryon (ya que tres quarks hacen un baryon, cada quark tiene un número de baryon ++1/3).
• Para un extraño. quark, con carga eléctrica −+1/3, un número de baryon ++1/3, y la extraña −1, tenemos una hipercarga Y = −+2/3 así que deducimos eso I₃ = 0. Eso significa que un extraño. quark hace un isospin singlet propio (lo mismo sucede con encanto, inferior y arriba quarks), mientras arriba y abajo constituyen un doblet isospin.
• Todos los otros quarks tienen hipercarga Y = 0 .

Obsolescencia práctica

La hipercarga fue un concepto desarrollado en la década de 1960 para organizar grupos de partículas en el "zoológico de partículas" y desarrollar leyes de conservación ad hoc basadas en sobre sus transformaciones observadas. Con la llegada del modelo de quarks, ahora es obvio que la hipercarga fuerte, Y, es la siguiente combinación de los números de hasta (n_u), abajo (n_d), extraño (n _s), encanto (n_c), superior (n_t) y abajo ( n_b):

${displaystyle Y={tfrac {1}{3}n_{textrm {u}+{tfrac} {1}{3}n_{textrm {d}-{tfrac {2}{3}n_{textrm.$

En las descripciones modernas de la interacción de hadrones, se ha vuelto más obvio dibujar diagramas de Feynman que trazan los quarks constituyentes individuales (que se conservan) que componen los bariones y mesones que interactúan, en lugar de molestarse en contar números cuánticos de hipercarga fuerte. La hipercarga débil, sin embargo, sigue siendo una parte esencial para comprender la interacción electrodébil.