Numéro de Lepton - Lepton number

Saveur en physique des particules
Les nombres quantiques de saveur
Isospin : I ou I 3 Charme : C Étrangeté : S Topness : T Fond : B ′
Nombres quantiques associés
Numéro de Baryon : B Numéro de lepton : L Isospin faible : T ou T 3 Charge électrique : Q X-charge : X
Combinaisons
Hypercharge : Oui Y = ( B + S + C + B + T ) Y = 2 ( Q − I 3 ) Hypercharge faible : Y W Y W = 2 ( Q − T 3 ) X + 2 Y W = 5 ( B − L )
Mélange de saveurs
Matrice CKM Matrice PMNS Complémentarité des saveurs
v t e

Dans la physique des particules , nombre leptonique (historiquement appelé aussi lepton chargé ) est conservé nombre quantique représentant la différence entre le nombre de leptons et le nombre de antileptons dans une réaction des particules élémentaires. Le nombre de leptons est un nombre quantique additif , sa somme est donc préservée dans les interactions (par opposition aux nombres quantiques multiplicatifs tels que la parité, où le produit est préservé à la place). Mathématiquement, le nombre de leptons est défini par ${\style d'affichage ~L~}$

${\displaystyle ~L=n_{\ell }-n_{\overline {\ell }}~,}$

où

• ${\displaystyle ~n_{\ell }\quad }$est le nombre de leptons et
• ${\displaystyle ~n_{\overline {\ell }}\quad }$est le nombre d' antileptons .

Le nombre de Lepton a été introduit en 1953 pour expliquer l'absence de réactions telles que

??
+
m
→
p
+
e⁻

dans l' expérience neutrino de Cowan-Reines , qui a plutôt observé

??
+
p
→
m
+
e⁺

Ce processus, la désintégration bêta inverse , conserve le nombre de leptons, car l' antineutrino entrant a un nombre de leptons -1, tandis que le positon sortant (antiélectron) a également un nombre de leptons -1.

Conservation de la saveur Lepton

En plus du nombre de leptons, les numéros de famille de leptons sont définis comme

${\displaystyle ~L_{\mathrm {e} }~~}$le nombre d'électrons , pour l' électron et le neutrino électronique ;

${\displaystyle ~L_{\mathrm {\mu } }~~}$le nombre de muons, pour le muon et le neutrino du muon ; et

${\displaystyle ~L_{\mathrm {\tau } }~~}$le nombre tau, pour le tauon et le neutrino tau .

Des exemples importants de conservation de la saveur des leptons sont les désintégrations du muon

??⁻
→
e⁻
+
??
_e +
??
_??

et

??⁺
→
e⁺
+
??
_e +
??
_??

Dans ces réactions de désintégration, la création d'un électron s'accompagne de la création d'un antineutrino électronique et la création d'un positron s'accompagne de la création d'un neutrino électronique. De même, un muon négatif en désintégration entraîne la création d'un neutrino muonique , tandis qu'un muon positif en désintégration entraîne la création d'un antineutrino muonique .

Enfin, la faible désintégration d'un lepton en un lepton de masse inférieure se traduit toujours par la production d'un couple neutrino - antineutrino :

??⁻
→
??⁻
+
??
_?? +
??
_??

Un neutrino transmet le nombre de leptons du lepton lourd en décomposition (un tauon dans cet exemple, dont le résidu faible est un neutrino tau ) et un antineutrino qui annule le nombre de leptons du lepton plus léger nouvellement créé qui a remplacé l'original. (Dans cet exemple, un antineutrino muon avec qui annule le muon .) ${\displaystyle ~L_{\mathrm {\mu } }=-1~}$${\displaystyle ~L_{\mathrm {\mu } }=+1~}$

Violations des lois de conservation du nombre de leptons

L'arôme lepton n'est conservé qu'approximativement, et n'est notamment pas conservé dans l'oscillation des neutrinos . Cependant, le nombre total de leptons est toujours conservé dans le modèle standard.

De nombreuses recherches de physique au-delà du modèle standard intègrent des recherches de nombre de leptons ou de violation de saveur de lepton, telles que la désintégration hypothétique

??⁻
→
e⁻
+
??

Des expériences telles que MEGA et SINDRUM ont recherché la violation du nombre de leptons dans les désintégrations du muon en électrons ; Le MEG a fixé la limite de branchement actuelle d'ordre 10 ^-13 et prévoit de l'abaisser à 10 ^-14 après 2016. Certaines théories au-delà du modèle standard, telles que la supersymétrie , prédisent des rapports de branchement d'ordre 10 ^-12 à 10 ^-14 . L' expérience Mu2e , en construction dès 2017, a une sensibilité prévue de l'ordre 10 ^-17 .

Parce que la loi de conservation du nombre de leptons est en fait violée par des anomalies chirales , il y a des problèmes pour appliquer cette symétrie universellement sur toutes les échelles d'énergie. Cependant, le nombre quantique B − L est généralement conservé dans les modèles de la théorie de la grande unification .

Si les neutrinos s'avèrent être des fermions de Majorana , ni les nombres de leptons individuels, ni le nombre total de leptons

${\displaystyle ~L\equiv L_{\mathrm {e} }+L_{\mathrm {\mu } }+L_{\mathrm {\tau } }~,}$

ni

B − L

serait conservé, par exemple dans la double désintégration bêta sans neutrinos , où deux neutrinos entrant en collision frontale pourraient en fait s'annihiler, de la même manière que la collision (jamais observée) d'un neutrino et d'un antineutrino.

Convention des signes inversés

Certains auteurs préfèrent utiliser des nombres de leptons qui correspondent aux signes des charges des leptons impliqués, suivant la convention en usage pour le signe d' isospin faible et le signe d' étrangeté quantique ( pour les quarks ), qui ont tous deux conventionnellement la valeur par ailleurs arbitraire signe du nombre quantique correspond au signe des charges électriques des particules.

En suivant la convention de signe de charge électrique, le nombre de leptons (indiqué avec une barre supérieure ici, pour réduire la confusion) d'un électron , muon , tauon , et de tout neutrino compte comme le nombre de leptons du positron , antimuon , antitauon , et tout antineutrino compte comme Lorsque cette convention de signe inversé est observée, le nombre de baryons reste inchangé, mais la différence B − L est remplacée par une somme : B + L , dont la valeur numérique reste inchangée, puisque ${\displaystyle ~{\bar {L}}=-1~;}$${\displaystyle ~{\bar {L}}=+1~.}$

L = − L ,

et

B + L = B − L .

Voir également

• Numéro de Baryon

Notes de bas de page

Les références