• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Izospin

    Przeczytaj także...
    Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος, nazwa stworzona przez Gilberta N. Lewisa) jest cząstką elementarną, nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy, są równocześnie falą elektromagnetyczną.Bozon W (wuon) – cząstka elementarna pośrednicząca w oddziaływaniach słabych, wymieniana przez elektrony, neutrina i inne cząstki oddziałujące oddziaływaniem słabym podczas zderzeń. Cząstka ta występuje w dwóch podstawowych postaciach: cząstki W i jej antycząstki W. Obie mają ten sam spin (równy 1) oraz masę, różnią się tylko ładunkiem elektrycznym.
    Formuła Gell-Manna-Nishijimy to równanie, które opisuje własności hadronów, łącząc liczby kwantowe, czyli liczbę barionową B, dziwność S i izospin Iz z ładunkiem elektrycznym Q. Formuła przedstawia się w następujący sposób:

    Izospin – kwantowa wielkość fizyczna, transformująca się względem reprezentacji grupy SU(2). Identyczną grupę transformacji ma zwykły spin, stąd wzięła się nazwa tej wielkości. Izospin jest wektorem w pewnej abstrakcyjnej przestrzeni. Tak samo jak w przypadku zwykłego spinu, nie jest możliwe jednoczesne zmierzenie więcej niż jednej składowej izospinu, podaje się więc tylko jego trzecią składową. Izospin zwykle oznacza się literą , a jego trzecią składową - .

    Spin – moment własny pędu cząstki w układzie, w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych.Wielkość fizyczna – właściwość fizyczna ciała lub zjawiska, którą można określić ilościowo, czyli zmierzyć.

    Istnieją dwa typy izospinu: silny i słaby.

    Silny izospin[]

    Silny izospin jest wielkością niezachowaną. Istnieją procesy, gdzie suma wektorowa izospinu substratów nie jest równa sumie izospinu produktów. Proton i neutron stanowią dublet silnego izospinu z trzecią składową równą odpowiednio +1/2 i -1/2. Mezony , i są trypletem izospinu o trzeciej składowej równej: +1, 0 i -1. Proton różni się masą od neutronu, tak samo naładowane mezony π mają inną masę od mezonu . Dlatego silny izospin jest wielkością niezachowaną a jego symetria względem grupy SU(2) jest jedynie symetrią przybliżoną.

    Teoria oddziaływań elektrosłabych (Teoria Małej Unifikacji) – kwantowa teoria pola opisująca oddziaływania słabe oraz elektromagnetyczne. Zawiera ona w sobie wcześniejszą teorię oddziaływań słabych i elektrodynamikę kwantową.Ładunek elektryczny ciała (lub układu ciał) – fundamentalna właściwość materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem. Oddziaływanie ładunku z polem elektromagnetycznym jest określone przez siłę Lorentza i jest jednym z oddziaływań podstawowych.

    Wszystkie leptony mają silny izospin równy 0 (są singletami).

    Model kwarkowy[]

    Odkrycie kwarków pozwoliło wyjaśnić pochodzenie silnego izospinu. Jeżeli kwarkowi u przypiszemy izospin równy +1/2 a kwarkowi d -1/2 (oraz odpowiednio przeciwne izospiny ich antycząstkom), to można obliczyć izospin każdej cząstki zliczając ilość odpowiednich kwarków w jej składzie. Złamanie symetrii izospinu wynika z różnic mas kwarków u i d.

    Grupa SU(2) (specjalna grupa unitarna rzędu 2) – grupa macierzy wymiaru 2x2 nad ciałem liczb zespolonych spełniających warunki:Bozon Higgsa (higson) – cząstka elementarna, której istnienie jest postulowane przez model standardowy, nazwana nazwiskiem Petera Higgsa. 4 lipca 2012 ogłoszone zostało odkrycie nowej cząstki elementarnej przez eksperymenty ATLAS i CMS, prowadzone przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERNie. Wyniki ogłoszone 4 lipca zostały potwierdzone przez rezultaty kolejnych eksperymentów, publikowane w ciągu następnego roku. Masa odkrytej cząstki, wykrycie jej w oczekiwanych kanałach rozpadu oraz jej właściwości stanowiły mocne potwierdzenie, że jest to długo poszukiwany bozon Higgsa. W kwietniu zespoły pracujące przy detektorach CMS i ATLAS ostatecznie stwierdziły, że cząstka ta jest bozonem Higgsa.

    Obecnie wiemy, że istnieje 6 różnych kwarków, pogrupowanych w 3 generacje. Każdej generacji można przypisać własny "izospin" z grupą SU(2) a wszystkie kwarki naraz można traktować jako przejawy symetrii grupy SU(6), dla której grupa SU(2) "zwykłego" izospinu byłaby jedną ze "ścian". Zwykle jednak się tego nie robi, ponieważ różnice mas między poszczególnymi kwarkami wyższych generacji są tak duże, że zupełnie znika sens doszukiwania się między nimi symetrii.

    Słaby izospin[]

    Słaby izospin jest wielkością zachowaną ściśle. Jego niezwykłą cechą jest chiralność, tzn. zależność od zwykłego spinu. Lewoskrętne elektrony mają słaby izospin równy -1/2, lewoskrętne neutrina +1/2. Lewoskrętne kwarki u, c i t mają izospin równy +1/2, lewoskrętne kwarki d, s i b -1/2. Prawoskrętne antycząstki powyższych cząstek mają odpowiednio przeciwne izospiny. Natomiast prawoskrętne odpowiedniki zwykłych cząstek mają słaby izospin równy 0. Ta różnica w traktowaniu cząstek lewoskrętnych i prawoskrętnych jest znana jako złamanie symetrii P. Na uwagę zasługują też neutrina - jeżeli mają masę, to istnieją prawoskrętne neutrina o słabym izospinie równym 0, co daje nam cząstkę o wszystkich możliwych ładunkach równych 0, z wyjątkiem masy. Takie neutrino nazywa się neutrinem sterylnym i nie bierze ono udziału w żadnym oddziaływaniu poza grawitacją, co ze względu na małą masę neutrin czyni z niego najsłabiej oddziałującą cząstkę.

    Oddziaływanie elektrosłabe[]

    Teoria oddziaływań elektrosłabych ma symetrię cechowania SU(2)×U(1). Część SU(2) to właśnie grupa transformacji słabego izospinu, część U(1) opisuje tzw. hiperładunek. Teoria przewiduje istnienie czterech wektorowych bozonów cechowania: , , i . Naładowane bozony W mają trzecią składową izospinu równą odpowiednio -1 i +1 i wraz z bozonem tworzą tryplet. Bozony neutralne mają trzecią składową izospinu równą 0, bozon B jest singletem. Tworząc z bozonów i kombinacje liniowe, uzyskujemy bozon oraz foton (bozon γ). Współczynniki liniowe przy tych bozonach zależą od tzw. kąta Weinberga, który określa stopień "zmieszania" bozonów W i B, tworzących bozony Z i γ.

    Ładunek elektryczny i model Higgsa[]

    Uwzględniając słaby hiperładunek (Y), można zapisać wzór:

    gdzie Q to ładunek elektryczny. Można ten fakt interpretować tak, że ładunek elektryczny jest jedynie kombinacją liniową hiperładunku i izospinu jako bardziej podstawowych wielkości ("kreską" na grupie SU(2)×U(1)). Szczególna pozycja ładunku elektrycznego wynika z tego, że jego bozon cechowania (foton) jest bezmasowy. Jednak bezmasowość fotonu i masywność bozonu Z jest wynikiem złamania symetrii elektrosłabej. W pierwotnym wszechświecie być może ta symetria nie była złamana, ładunek elektryczny nie istniał jako wyróżniona wielkość a wszystkie liniowe kombinacje bozonów i zachowywały się tak samo.

    Masy bozonów Z i γ w myśl teorii oddziaływań elektrosłabych wynikają z modelu Higgsa. Otóż bozon Higgsa oddziałuje z wszystkimi cząstkami ze względu na ich izospin i hiperładunek, ale w przypadku fotonu te wartości się znoszą. Dlatego foton nie oddziałuje z bozonem Higgsa i jest bezmasowy. Sprawia to, że ładunek elektryczny staje się wyróżnioną wielkością i cząstki nim obdarzone oddziałują relatywnie mocno, natomiast inne kombinacje liniowe hiperładunku i izospinu są dyskryminowane i wpływają na własności cząstek znacznie słabiej.

    Zobacz też[]

  • Formuła Gell-Manna-Nishijimy



  • w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama