Geração (física de partículas) - Generation (particle physics)
Na física de partículas , uma geração ou família é uma divisão das partículas elementares . Entre as gerações, as partículas diferem por seu sabor, número quântico e massa , mas suas interações elétricas e fortes são idênticas.
Existem três gerações de acordo com o modelo padrão da física de partículas. Cada geração contém dois tipos de léptons e dois tipos de quarks . Os dois léptons podem ser classificados em um com carga elétrica -1 (semelhante ao elétron) e neutro (neutrino); os dois quarks podem ser classificados em um com carga - 1 ⁄ 3 (tipo down) e um com carga + 2 ⁄ 3 (tipo up). As características básicas da geração ou famílias de quark-leptons, como suas massas e misturas, etc., podem ser descritas por algumas das simetrias de famílias propostas .
| Categorias Fermion | Geração de partículas elementares | |||
|---|---|---|---|---|
| Modelo | Subtipo | Primeiro | Segundo | Terceiro |
|
Quarks ( colorido ) |
tipo para baixo | baixa | estranho | fundo |
| up-type | acima | charme | principal | |
|
Leptões (sem cor) |
carregada | elétron | muon | Tauon |
| neutro | neutrino de elétron | neutrino de muon | neutrino tau | |
Visão geral
Cada membro de uma geração superior tem massa maior do que a partícula correspondente da geração anterior, com a possível exceção dos neutrinos (cujas massas pequenas, mas diferentes de zero , não foram determinadas com precisão). Por exemplo, o elétron de primeira geração tem uma massa de apenas0,511 MeV / c 2 , o múon de segunda geração tem uma massa de106 MeV / c 2 , e o tau de terceira geração tem uma massa de1777 MeV / c 2 (quase duas vezes mais pesado que um próton ). Essa hierarquia de massa faz com que as partículas de gerações superiores decaiam para a primeira geração, o que explica por que a matéria do dia-a-dia ( átomos ) é feita de partículas apenas da primeira geração. Os elétrons circundam um núcleo feito de prótons e nêutrons , que contêm quarks up e down. A segunda e terceira gerações de partículas carregadas não ocorrem na matéria normal e são vistas apenas em ambientes de energia extremamente alta, como raios cósmicos ou aceleradores de partículas . O termo geração foi introduzido pela primeira vez por Haim Harari na Les Houches Summer School , 1976.
Neutrinos de todas as gerações fluem por todo o universo, mas raramente interagem com outras matérias. Espera-se que uma compreensão abrangente da relação entre as gerações de léptons possa eventualmente explicar a proporção das massas das partículas fundamentais e lançar mais luz sobre a natureza da massa em geral, de uma perspectiva quântica.
Quarta geração
A quarta e as próximas gerações são consideradas improváveis por muitos (mas não todos) físicos teóricos. Alguns argumentos contra a possibilidade de uma quarta geração são baseados nas modificações sutis dos observáveis eletrofracos de precisão que as gerações extras induziriam; tais modificações são fortemente desfavorecidas por medições. Além disso, uma quarta geração com um neutrino 'leve' (um com uma massa menor que cerca de45 GeV / c 2 ) foi descartada por medições das larguras de decaimento do Z Higgs no CERN 's Large Electron Positron-LHC (LEP). No entanto, as buscas em aceleradores de alta energia por partículas de uma quarta geração continuam, mas ainda nenhuma evidência foi observada. Em tais pesquisas, as partículas de quarta geração são denotadas pelos mesmos símbolos que as de terceira geração com um primo adicionado (por exemplo, b ′ e t ′ ).
O limite inferior para uma quarta geração de massas de quark ( b ′ , t ′ ) está atualmente em 1,4 TeV de experimentos no LHC.
O limite inferior para uma massa de neutrino ( ) de quarta geração está atualmente em cerca de 60 GeV. (Milhões de vezes maior do que o limite superior para as outras 3 massas de neutrinos).
O limite inferior para uma massa de lepton ( ) carregada de quarta geração é atualmente 100GeV e o limite superior proposto de 1,2 TeV a partir de considerações de unidade.
Se a fórmula de Koide continuar a valer, as massas do leptão carregado de quarta geração seriam 44 GeV (descartado) e b ′ e t ′ deveriam ser 3,6 TeV e 84 TeV, respectivamente. (A energia máxima possível para prótons no LHC é cerca de 6 TeV.)
Origem
Por que existem três gerações de quarks e leptons? Existe uma teoria que possa explicar as massas de quarks e léptons específicos em gerações específicas a partir dos primeiros princípios (uma teoria dos acoplamentos de Yukawa)?
A origem de várias gerações de férmions, e a contagem particular de 3 , é um problema de física não resolvido . A teoria das cordas fornece uma causa para várias gerações, mas o número particular depende dos detalhes da compactação ou das interseções D-brana . Além disso, as teorias E 8 grand unificadas em 10 dimensões compactadas em certos orbifolds até 4-D contêm naturalmente 3 gerações de matéria. Isso inclui muitos modelos heteróticos da teoria das cordas .