味 (粒子物理學)
| 粒子物理學中的味 |
|---|
| 味量子數： |
| 相關量子數： |
| 組合： |
| 味混合 |
在粒子物理學中，味或風味（英文︰Flavor）是基本粒子的一種量子數。在量子色動力學中，味是一種總體對稱。另一方面，在電弱理論中，這種對稱被打破，因此存在味變過程，例如夸克衰變或微中子振盪。
概述
[編輯]如果有兩種以上的粒子擁有相同的交互作用，那麼它們可以在不影響物理的情況下互相交換。只要兩者成正交或互相垂直，這兩種粒的任何（複數）線性組合，都會有著相同的物理。換句話說，該理論擁有對稱變換，例如，其中u及d是兩種場，而M則是任何行列式為1的2 × 2么正矩陣。這樣的矩陣組成一種叫SU(2)的李群。這是味對稱的一個例子。
味量子數
[編輯]輕子
[編輯]所有輕子都帶有輕子數L = 1。另外，輕子同時帶有弱同位旋T3，三種帶電荷輕子（即電子、緲子和陶子）的弱同位旋為−1⁄2，而它們的微中子則為+1⁄2。每一個由帶電輕子及中性輕子（兩者有著相反的弱同位旋）組成的雙重態，組成輕子的一代。另外，有一種量子數叫弱超荷，YW，所有左手性輕子的弱超荷皆為−1[1]。弱同位旋與弱超荷在標準模型中都是規範的。
輕子共有六種「味」量子數：電子數、緲子數、陶子數及三種微中子的對應數。它們在電磁交互作用中守恆，但在弱交互作用中則被破壞。因此，這些「味」量子數並沒有甚麼大用途。每一代一個量子數反而更有用，電數（電子與電微中子的值為+1）、μ數（緲子與緲子微中子的值為+1）及τ數（陶子與陶子微中子的值為+1）。然而，這些數還是不會絕對守恆，因為不同代的微中子會混合；也就是說，一個味的微中子可以變成另一個味。這種混合的強度由一個矩陣所定，叫龐蒂科夫-牧-中川-坂田矩陣（PMNS矩陣）。
夸克
[編輯]所有夸克都帶有重子數B = 1⁄3。它們還帶有弱同位旋T3 = ±1⁄2。T3為正的夸克（上、魅及頂）叫「上型夸克」，T3為負的（下、奇及底）叫「下型夸克」。每個有上型及下型夸克的雙重態，都各自組成夸克的一個代。
夸克擁有以下的味量子數：
- 同位旋，上夸克的值為I3 = 1⁄2，而下夸克的值則為I3 = −1⁄2。
- 奇異數（S）：由默里·蓋爾曼所引進的一個量子數。奇夸克的奇異數被定義為-1。
- 魅數（C），魅夸克的魅數值為+1。
- 底數（B′），底夸克的底數值為−1。
- 頂數（T），頂夸克的頂數值為+1。
因為它們在電磁及強交互作用中都守恆（但不是在弱交互作用中），所以它們是有用的量子數。可以從它們中建立新的導出量子數：
某一種味的夸克是哈密頓算符弱交互作用部份的本徵態：它會跟W及Z玻色子有一種固定的交互作用方式。另一方面，一固定質量的費米子（哈密頓算符的強交互作用及動能部份的本徵態），一般是多種味的疊加態。因此，在量子態自由傳播時，其內含的夸克可能會轉變。夸克這種從味態變成質量態的轉變，數學上由卡比博-小林-益川矩陣（CKM矩陣）所描述。這個矩陣與微中子的PMNS矩陣有異曲同工之處，它定義了夸克在弱交互作用下味變間的強度。
在有最少三代的時候，CKM矩陣就能夠描述CP破壞。
反粒子及強子
[編輯]味量子數是可相加的。因此反粒子的味與對應粒子的大小相同，但正負相反。強子從它們的價夸克l中得到味量子數：這是夸克模型的分類基本。超荷、電荷及其他味量子數對於強子也成立，對夸克也是。
量子色動力學
[編輯]量子色動力學（QCD）中夸克有六種味。然而，它們的質量不一。因此，嚴格來說它們不能被互相交換。上及下夸克的質量很接近，幾乎一樣，因此二夸克理論擁有大概的SU(2)對稱（同位旋對稱）。在某些情況下，可以把Nf種夸克視為相同質量，然後得到有效的SU(Nf)味對稱。
在某些情況下，夸克的質量可以被完全忽略。在這個情形下，每一種夸克味都有一種手徵對稱。這時可以把每個夸克場的味變換，分成左手性和右手性兩部份。那麼味群就是手性群SUL(Nf) × SUR(Nf)。
如果所有夸克的質量都一樣，那麼手徵對稱就會被破壞成「對角味群」的「向量對稱」，它會對夸克的兩種螺旋性作出一樣的變換。這樣的一種對稱縮化叫「明確對稱性破缺」。明確對稱性破缺的量，是由QCD中的淨夸克質量所控制的。
即使夸克沒有質量，如果真空內有手徵凝聚物（跟低能量QCD時一樣），手徵味對稱也會被自發破壞。因此造成夸克的有效質量，一般在QCD中叫價夸克質量。
QCD的對稱
[編輯]實驗分析指出，較輕的夸克味的現時質量，比起QCD的截斷能標ΛQCD要小得多，因此對於上、下及奇夸克，手徵味對稱與QCD是近似的。手徵微擾理論的成功，以及相對簡單的手徵模型，都是利用上述這一點。從夸克模型所得出的價夸克質量，比現時的夸克質量要大得多。由此可見，手徵凝聚物形成時，QCD會產生自發手徵對稱破缺。其他QCD相可能會以其他方式破壞手徵味對稱。
守恆定律
[編輯]絕對守恆的味量子數有：
在一些理論中，如果子（B-L）守恆的話，重子數及輕子數的守恆能被個別破壞。其他味量子數守恆都被電弱交互作用作破壞。強交互作用中味守恆。
另見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ S. Raby, R. Slanky. Neutrino Masses: How to add them to the Standard Model (PDF). Los Alamos Science. 1997, (25): 64 [2011-07-28]. （原始內容 (PDF)存檔於2011-08-31）.
- D.J. Griffiths. Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. 1987. ISBN 0-471-60386-4.