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超弦理論 K meson

2023-12-31 17:11:17 | 理論物理学 素粒子

 👆は、中性 K meson のヒッグスエリアによる質量解析になる。ヒッグスエリアは基底状態でシンプルなので、内在する quarkの構成が確認しやすい特徴がある。(標準モデルでは、中性 K mesonは、strange quarkと反down quark、又は、反strange quarkとdown quark で構成されていると考える)

 実は、二種類の中性 K meson は、性質が異なっており、別の粒子であると考える事も可能であるが、質量が同じなので、同じ粒子の対称性の破れで区別する事も可能になっている。

  K meson の、大きな特徴としては、ストレンジネスがある。標準モデルに於けるストレンジネスは、strange quark が量子数を担っているが、ヒッグスエリアに内在する粒子に、ストレンジネスを担う粒子構成は有るのだろうか?

 ヒッグスエリアで考察する場合には、近しい構成要素と比較することが有効になる。先ず、中性メソンでストレンジネスを持たない中性パイオンとの比較する事にする。

 中性パイオンは、電磁相互作用で、二つの光子に崩壊するが、ヒッグスエリアに内在する反応粒子は up quark と 反up quark の対消滅であると考えられる。これは、弱い相互作用を担うニュートリノが弱いことが原因であると推測できる。

 しかし、ストレンジネスを持つ 中性 K meson は、1/2弱電荷をもつ電子ニュートリノを含んでいる。(👆式参照)

 ストレンジネスを持たない中性パイオンのヒッグスエリアには、非常に弱い電子ニュートリノが内在するために、ストレンジネスは機能していないと推測できる。

 通常、quarkは 、1/3や2/3 電荷であると考えるのだが、弱い相互作用の弱電荷は、1/2弱電荷で作用しており、使い分けをする必要が有る。(1/3強電荷は、三元力で作用しており、ストレンジネスには影響しない)

 👆式の、内在粒子は、分身粒子であり、傍観粒子も含んでいるので、弱い相互作用の有り方も多彩になる。

 標準モデルでは、中性 K mesonは、strange quarkと反down quark、又は、反strange quarkとdown quark で構成されているので、👆式も同じように構成すれば、ヒッグスエリアに於けるstrange quarkは、up quarkと(1/2)電子で構成された複合状態であると考えられる。

 すると、down quark も、二つの up quark で構成された複合粒子になるので、👆式は、四つの1/2弱電荷粒子で構成された複合状態であると考えられる。

 即ち、ヒッグスエリアに於ける中性 K mesonでは、同じ質量であるが違った反応形式の粒子複合体が四種類できる事になる。


出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
荷電K中間子(K⁻、K⁺)の質量は約494 MeV/c2、寿命が1.2 × 10⁻⁸ 秒である。中性K中間子の質量は約498 MeV/c²、寿命が5.2 × 10⁻⁸ 秒の長寿命のものと、9.0 × 10⁻¹¹ 秒の短寿命のものがある。

超弦理論 D meson

2023-12-31 10:55:46 | 理論物理学 素粒子

 👆は、D meson のヒッグスエリアによる質量解析。
 
 upsilon(4s)には、1s、2s、3sとは異なる性質があった。upsilon(4s)は、崩壊モードの偏りと、内在するクォーク質量がプラスになっている。このような特徴は、ヒッグスエリアが励起状態の極限状態に現われるのであろうか?

 👆の D meson のヒッグスエリアは基底状態になっているが、内在するクォーク質量がプラスである。これは、upsilonの傾向とは逆に働いており、ヒッグスエリアとクオーク質量の関係性を示唆している。

 標準モデルでは、D中間子(D meson)は、チャームクォークを含む最も軽い粒子に分類されており、c quark、down quark、の複合粒子がD中間子(D meson)になる。

 👆の、ヒッグスエリアに内在する、ミューオンとdown quarkは、標準モデルでは解釈できない。これは、あくまでもヒッグスエリアによる質量解析から現れた内在粒子であり、標準モデルのcharm quark を、ただ単に、ミューオンに置き換えただけではない。

超弦理論 B中間子

2023-12-29 12:33:36 | 理論物理学 素粒子

 👆は、B中間子のヒッグスエリアに因る質量解析 (upsilon(4s)は、96%以上の割合で、B meson 、反B meson に崩壊する)

 👆B中間子は、➀ と 1⃣ によって形成された基底状態にあり、崩壊時間も大幅に長くなっている。upsilon(4s)は非常に短命なので、粒子と言うよりも共鳴状態としての意味合いが大きかったが、👆B中間子は粒子としての性質が現れている。

 もしかしたら、upsilon(4s)が3sに崩壊しないのは、崩壊しないのではなく、崩壊過程が観測できないからではあるまいか?即ち、崩壊しても崩壊過程が確認できない程に短命であると考えれば理屈に叶っている。

 実際、upsilonの共鳴には二つのピークが現れる事がある。この二つの共鳴は、二種類のupsilonの混合状態であると考える事もできるし、upsilonの崩壊過程が示されていると考える事も可能であり、崩壊の過程でupsilon(4s)が3sに崩壊しているのだが、共鳴状態に埋もれて見えなくなっていると考える事も可能である。

 このような解釈は、クォークモデルでは出来ない。そもそも、クオークモデルに於いては、upsilon meson は、二つの bottom quark の複合粒子であり、その励起状態に混合状態が発生する必要がある。本来、upsilonの共鳴は、スピンによって分類されており、スピンが混合するような事があれば標準モデルは成り立たない。

 
 👆は、基底状態の upsilon meson の崩壊であるが、本来であれば、基底状態の upsilon mesonが二つの B meson 、反B meson に崩壊する方が良さそうに見える。

 しかし、基底状態の upsilon mesonが、二つの B meson 、反B meson に崩壊することはできない。それは、質量の合計が足りないからであり、エネルギー保存則が阻んでいるからなのだ。

 しかし、励起状態のupsilon(4s)が基底状態の upsilon meson を経由して崩壊しているとすればエネルギー保存則を破ることなく、二つの B meson 、反B meson に崩壊する事ができる。

 upsilon共鳴にある二つのピークは、励起状態のupsilon(4s)が基底状態の upsilon meson を経由して崩壊している事を示唆している。

超弦理論 upsilon(4s)

2023-12-28 21:42:14 | 理論物理学 素粒子

  👆は、Υ(4S)のヒッグスエリア集合形態。

 Υ(4S)Υ(10580) の96%以上は、B meson 、反B meson に崩壊する。又、Υ(3S)への崩壊は無く、ごく稀に、Υ(2S)、Υ(1S)に崩壊する事がある。

 通常であれば、Υ(4S)が崩壊すれば、Υ(3S)になるのが自然であるが、B meson 、反B meson に崩壊するのは何故であろうか?

 upsilon粒子の崩壊モードは極めて多彩であり、Υ(1S)Υ(2S)Υ(3S)は、同じような崩壊モードの傾向が確認できるが、Υ(4S)だけが、B meson 、反B meson に崩壊するモードが際立っている。

 大きなヒッグスエリア集合が励起状態になっている場合には、崩壊によって、一挙に、基底状態になる事が考えられる。これは、クォークモデルでは説明が難しい崩壊特性であると言える。レッジェ軌道がクォーク複合粒子の励起状態であれば、Υ(4S)が崩壊してΥ(3S)になるモードが、かなりの割合で存在している必要がある。

 ヒッグスエリア集合形態は、➀-1⃣ がスピンの役目をしており、➀-1⃣ の倍数で励起状態が決定する。➀-1⃣ は、up、up、down、で表されるクォークに他ならないので、ヒッグスエリア集合形態には多くのクォークがパ―トンとして存在している事になる。

 このようなヒッグスエリア集合の励起状態が崩壊する場合には、クォークパ―トンが anything 表記されるような崩壊モードを作り,そのエネルギーに対応した崩壊モードが多岐にわたり存在する事になる。

 Υ(4S)の崩壊モードに偏りがある為には、ある種の強く安定した基底状態が必用になる。そして、Υ(4S)の励起状態がヒッグスエリアの持ちうる最大のエネルギーに近づいている事を示唆している。

超弦理論 ヒッグスエリア集合形態 upsilon(3s)

2023-12-28 13:11:26 | 理論物理学 素粒子

 👆は、ヒッグスエリア集合形態の(3s)励起状態に、二つのミューオンが封じ込まれている状態を表している質量解析になる。

 標準モデルでは、ウプシロン中間子は、bottom quark と 反bottom quark, の複合粒子であると考える。レジェ軌道では、スピンと質量の二乗は比例関係になる必要があるが、upsilon粒子に関しては、単純なレジェ軌道では説明が難しい。

 👆ヒッグスエリア集合形態の(3s)励起状態の質量解析からは、bottom quark と 反bottom quark, が、二つのミューオンに置き換わっている。

 👆赤線は、upsilon(3s)の結合エネルギーになっており、大きなヒッグスエリア集合形態は、-0.55MeV程の結合エネルギーを持っている。

 ヒッグスエリア集合形態の励起状態は、粒子の励起状態とは区別する必要があるので、クォークのスピンとupsilon質量の関係はレジェ軌道には因らない。

 これは、励起状態が ①-1⃣ の倍数で表されているからで、例えば 1⃣+(①-1⃣) のヒッグスエリアが①になるようにして励起状態を求めることになる。

 即ち、①+(①-1⃣) =➀₉₀ 
    ➀₉₀+(①-1⃣) =①₁₀₀
    ①₁₀₀+(①-1⃣) =①₁₁₀
    ①₁₁₀+(①-1⃣) =①₁₂₀
       ・
       ・
       ・

 👆扉式は、上記の励起記号によって表記されている。