Хиральность (физика)
-
Хиральный феномен и спиральность
- Хиральность частицы определяется её преобразованием в правостороннее или левостороннее представление группы Пуанкаре.
- Спиральность частицы положительна, если направление вращения совпадает с направлением движения, и отрицательна, если направления противоположны.
- Для безмассовых частиц хиральность и спиральность совпадают.
- Для массивных частиц хиральность не является константой движения, а спиральность зависит от системы отсчета.
-
Хиральные теории и симметрия
- Физики наблюдали только левохиральные фермионы и правохиральные антифермионы в слабом взаимодействии.
- Хиральность для фермиона Дирака определяется оператором γ5.
- Хиральные теории асимметричны по отношению к хиральностям, а нехиральные теории симметричны по четности.
- Квантовая хромодинамика является векторной теорией, а электрослабая теория — киральной.
-
Киральная симметрия и её нарушение
- Векторные калибровочные теории с безмассовыми фермионами демонстрируют киральную симметрию.
- Массивные фермионы не обладают киральной симметрией из-за массового члена в лагранжиане.
- В квантовой хромодинамике киральная симметрия спонтанно нарушается кварковым конденсатом.
-
Нарушение киральной симметрии в КХД
- Эффективная теория связанных состояний КХД должна включать массовые термины для барионов.
- Нарушение киральной симметрии увеличивает массу адронов, таких как нуклоны.
- В реальном мире SU(2)L × SU(2)R является приблизительной симметрией, пионы имеют малые массы.
-
Киральные симметрии для разных кварков
- Для N разновидностей кварков соответствующие киральные симметрии равны U(N)L × U(N)R.
- Чаще всего N = 3, кварки u, d и s считаются легкими, остальные три кварка тяжелые.
-
Применение в физике элементарных частиц
- Электрослабая модель нарушает четность, фермионы являются киральными фермионами Вейля.
- Слабые калибровочные бозоны взаимодействуют только с левыми кварками и лептонами.
- Введены новые W’- и Z’-бозоны для взаимодействия с правосторонними кварками и лептонами.
-
Восстановление четности
- Левосторонняя симметрия введена для восстановления четности.
- Лево-правая симметрия спонтанно нарушается, что приводит к стандартной модели Глэшоу, Вайнберга и Салама.
- Киральные кварки и лептоны объединены в неприводимое представление.
-
Механизм качелей
- Бозоны Хиггса необходимы для реализации нарушения левосторонней симметрии.
- Стерильные нейтрино становятся сверхтяжелыми, не влияя на физику при низких энергиях.
- Левосторонние модели предсказывают доменные границы.
-
История и ссылки
- Идея левосторонней симметрии появилась в моделях Пати–Салама и Мохапатры–Пати.
- Для более подробного обсуждения хиральности и спиральности можно перейти по ссылкам в разделе «Педагогические пособия по квантовой теории поля».