Corriente neutra

Modelo estándar de física de partículas
Partículas elementales del Modelo Estándar
Fondo Física de partículas Modelo estándar Teoría cuántica de campos Teoría de gauge Ruptura espontánea de simetría Mecanismo de Higgs
Constituyentes Interacción electrodébil Cromodinámica cuántica Matriz CKM Matemáticas del Modelo Estándar
Limitaciones Problema CP fuerte Problema de jerarquía Oscilaciones de neutrinos Física más allá del Modelo Estándar
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Las interacciones de corrientes neutras débiles son una de las formas en que las partículas subatómicas pueden interactuar mediante la fuerza débil . Estas interacciones están mediadas por el bosón Z. El descubrimiento de las corrientes neutras débiles fue un paso significativo hacia la unificación del electromagnetismo y la fuerza débil en la fuerza electrodébil , y condujo al descubrimiento de los bosones W y Z.

La fuerza débil es más conocida por su papel en la desintegración nuclear. Tiene un alcance muy corto pero (aparte de la gravedad) es la única fuerza que interactúa con los neutrinos . Al igual que otras fuerzas subatómicas, la fuerza débil está mediada por partículas de intercambio. Quizás la más conocida de las partículas de intercambio para la fuerza débil es la partícula W que está involucrada en la desintegración beta . Las partículas W tienen carga eléctrica -hay partículas W positivas y negativas- sin embargo, el bosón Z también es una partícula de intercambio para la fuerza débil pero no tiene ninguna carga eléctrica.

El intercambio de un bosón Z transfiere momento , espín y energía , pero no afecta a los números cuánticos de las partículas que interactúan (carga, sabor , número bariónico , número leptónico , etc.). Como no hay transferencia de carga eléctrica involucrada, el intercambio de partículas Z se denomina "neutral" en la frase "corriente neutra". Sin embargo, la palabra "corriente" aquí no tiene nada que ver con la electricidad: simplemente se refiere al intercambio de la partícula Z. ^[1]

La interacción de corriente neutra del bosón Z está determinada por un número cuántico derivado llamado carga débil , que actúa de manera similar al isospín débil para las interacciones con los bosones W.

La corriente neutra que da nombre a la interacción es la de las partículas interactuantes.

Por ejemplo, la contribución de la corriente neutra a la
no
_mi
mi⁻
→
no
_mi
mi⁻
La amplitud de dispersión elástica es

${\displaystyle {\mathfrak {M}}^{\mathsf {NC}}~\propto ~J_{\mu }^{\mathsf {(NC)}}(\nu _{\mathrm {e} })\;J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(\mathrm {e^{-}} )\ ,}$

donde las corrientes neutras que describen el flujo del neutrino y del electrón están dadas por: ^[2]

${\displaystyle J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(f)={\bar {u}}_{f}\ \gamma ^{\mu }\ {\frac {1}{2}}\left(g_{\mathsf {V}}^{f}-g_{\mathsf {A}}^{f}\ \gamma ^{5}\right)\ u_{f}\ ,}$

donde: ^[2]

${\displaystyle g_{\mathsf {V}}^{f}=T_{3}(f)-2\sin ^{2}\theta _{\mathsf {W}}\ Q(f)={\frac {1}{2}}\ Q_{\mathsf {W}}(f)}$

y son los acoplamientos vectoriales y axiales para el fermión denota el isospín débil de los fermiones, Q su carga eléctrica y su carga débil . Estos acoplamientos equivalen esencialmente a quirales izquierdos para neutrinos y axiales para leptones cargados .${\displaystyle \ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\ }$ ${\displaystyle \ f~.}$ ${\displaystyle \ T_{3}\ }$${\displaystyle \ Q_{\mathsf {W}}\ }$

El bosón Z puede acoplarse a cualquier partícula del Modelo Estándar, excepto gluones y fotones ( los neutrinos estériles también serían una excepción, si se descubriera que existen). Sin embargo, cualquier interacción entre dos partículas cargadas que pueda ocurrir mediante el intercambio de un bosón Z virtual también puede ocurrir mediante el intercambio de un fotón virtual . A menos que las partículas que interactúan tengan energías del orden de la masa del bosón Z (91 GeV) o superior, el intercambio del bosón Z virtual tiene el efecto de una pequeña corrección de la amplitud del proceso electromagnético.${\displaystyle \ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,}$

Los aceleradores de partículas con las energías necesarias para observar interacciones de corriente neutra y medir la masa del bosón Z no estuvieron disponibles hasta 1983.

Por otra parte, las interacciones del bosón Z que involucran neutrinos tienen características distintivas: proporcionan el único mecanismo conocido para la dispersión elástica de neutrinos en la materia; los neutrinos tienen casi la misma probabilidad de dispersarse elásticamente (a través del intercambio de bosones Z) que inelásticamente (a través del intercambio de bosones W ), lo que tiene una gran importancia experimental, por ejemplo, en el experimento del Observatorio de Neutrinos de Sudbury .

Las corrientes neutras débiles fueron predichas por la teoría electrodébil desarrollada principalmente por Abdus Salam , John Clive Ward , Sheldon Glashow y Steven Weinberg , ^[3] y confirmada poco después en 1973, en un experimento de neutrinos en la cámara de burbujas Gargamelle en el CERN .

• Corriente cargada
• Corriente neutra que cambia el sabor
• Oscilación de partículas neutras
• Corriente eléctrica
• Cromodinámica cuántica
• Observatorio de neutrinos de Sudbury#Interacción de corriente neutra
• Carga débil

• "Descubrimiento de corrientes neutras débiles". CERN Courier . 3 de octubre de 2004.
• "Gargamelle". Web pública del CERN . Investigación. Archivado desde el original el 2011-08-27 . Consultado el 2011-08-27 .
• "Interacción de corriente neutra". Britannica.
• Nave, R. "Corriente neutra". GSU.
• Nieves, J.; Valverde, M.; Vicente Vacas, MJ (2006). "Reacciones de emisión de nucleones inducidas por neutrinos con corriente neutra y cargada" (PDF) . Acta Physica Polonica B . 37 (8): 2295–2301. arXiv : hep-ph/0605221 . Código Bibliográfico :2006AcPPB..37.2295N. Archivado desde el original (PDF) el 21 de enero de 2012.
• "Gargamelle". Revista Symmetry . 7 de julio de 2009.
• Fraser, Gordon (3 de noviembre de 1998). "Veinticinco años de corrientes neutras". CERN Courier . 27904. Gordon Fraser repasa cómo la confirmación de la existencia de corrientes neutras marcó el comienzo de una nueva comprensión de la física.
• Fenkart, Sanje (3 de julio de 2023). "La odisea de los neutrinos en el CERN". CERN Courier . Sanje Fenkart relata el descubrimiento de las corrientes neutras en su 50 aniversario
• Padilla, Antonio (Tony). Brady Haran (ed.). "Gargamelle y corrientes neutras". Sixty Symbols . Universidad de Nottingham .