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Número leptônico

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Sabor em Física de Partículas
Números quânticos de sabor

Números quânticos relacionados


Combinações


Mistura de sabores


Em física de partículas, o número leptônico (historicamente chamado também de carga leptônica)[1] é um número quântico conservado, que representa a diferença entre o número de léptons e o número de antiléptons em uma reação de partículas elementares.[2] O número leptônico é um número quântico aditivo, de modo que sua soma seja preservada nas interações (ao contrário de números quânticos multiplicativos, como a paridade, na qual o produto é conservado). Matematicamente, o número leptônico é definido como:

onde

  • é o número de léptons e
  • é o número de antiléptons.

O número leptônico foi introduzido em 1953 para explicar a ausência de reações como


ν
+
n

p
+
e

no experimento de neutrinos de Cowan–Reines, no qual se constatou, ao invés disso, a ocorrência de


ν
+
p

n
+
e+
[3]

Este processo, o decaimento beta inverso, conserva o número leptônico, já que o antineutrino reagente possui número leptônico −1, enquanto que o pósitron (antielétron) produzido também possui número leptônico −1.

Conservação de sabor do elétron

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Além do número leptônico, os números da família de léptons são definidos como[4]

o número eletrônico, para o elétron e para o neutrino do elétron;
o número muônico, para o múon e para o neutrino do múon; e
o número tauônico, para o táuon e para o neutrino do tau.

Exemplos típicos de conservação de sabor leptônico são os decaimentos do múon


μ

e
+
ν
e
+
ν
μ

e


μ+

e+
+
ν
e
+
ν
μ

Nessas reações de decaimento, a criação de um elétron é acompanhada pela criação de antineutrino do elétron, e a criação de um pósitron é acompanhada pela criação de um neutrino do elétron. Da mesma forma, o decaimento de um múon negativo resulta na criação de um neutrino do múon, enquanto que um múon positivo (antimúon) produz um antineutrino do múon.[5]

Finalmente, o decaimento fraco de um lépton em um lépton de massa menor sempre resulta na produção de um par neutrino-antineutrino:


τ

μ
+
ν
μ
+
ν
τ

Um neutrino preserva o número leptônico do lépton pesado em decaimento (nesse caso, de um táuon produz um neutrino do tau residual), enquanto que um novo antineutrino é criado de modo a cancelar o número leptônico do novo lépton, mais leve, que substituiu o original (no caso, um antineutrino do múon com que cancela o número do múon, ).

Violações das leis de conservação do número leptônico

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O sabor de lépton é aproximadamente conservado, destacando-se a não conservação no notório processo de oscilação de neutrinos.[6] Contudo, o número leptônico total ainda é consevado no modelo padrão.

Muitas buscas para uma física além do modelo padrão são caracterizadas pela pesquisa de violações do número ou do sabor leptônico, como o decaimento hipotético.[7]


μ

e
+
γ

Experimentos como MEGA e SINDRUM têm buscado por violação do número leptônico no decaimento de múons em elétrons.

  1. Gribov, V.; Pontecorvo, B. (20 de janeiro de 1969). «Neutrino astronomy and lepton charge». Physics Letters B. 28 (7): 493–496. Bibcode:1969PhLB...28..493G. ISSN 0370-2693. doi:10.1016/0370-2693(69)90525-5 
  2. Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. [S.l.]: Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-60386-3;  Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Modern Physics 4th ed. [S.l.]: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-4345-3 
  3. Konopinski, E.J.; Mahmoud, H.M. (15 de novembro de 1953). «The universal Fermi interaction». Physical Review. 92 (4): 1045–1049. Bibcode:1953PhRv...92.1045K. doi:10.1103/physrev.92.1045 
  4. Martin, Victoria J., Professor (25 de fevereiro de 2008). Quarks & leptons, mesons, & baryons (PDF) (lecture notes). Physics 3. Lecture 5. University of Edinburgh. p. 2. Consultado em 23 de maio de 2021 
  5. Slansky, Richard; Raby, Stuart; Goldman, Terry; Garvey, Gerry (1997). Cooper, Necia Grant, ed. «The Oscillating Neutrino: An introduction to neutrino masses and mixing» (PDF). Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory. pp. 10–56. Consultado em 23 de maio de 2021 
  6. Fukuda, Y.; Hayakawa, T.; Ichihara, E.; Inoue, K.; Ishihara, K.; Ishino, H.; et al. (Super-Kamiokande collaboration) (24 de agosto de 1998). «Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos». Physical Review Letters. 81 (8): 1562–1567. Bibcode:1998PhRvL..81.1562F. arXiv:hep-ex/9807003Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.81.1562 
  7. Adam, J.; Bai, X.; Baldini, A.M.; Baracchini, E.; Bemporad, C.; Boca, G.; et al. (MEG Collaboration) (21 de outubro de 2011). «New limit on the lepton-flavor-violating decay mu+ to e+ gamma». Physical Review Letters. 107 (17). 171801 páginas. Bibcode:2011PhRvL.107q1801A. PMID 22107507. arXiv:1107.5547Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.107.171801 
  • Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4.