Paridad (física) | paridad en el modelo estándar

Paridad en el modelo estándar

Fijación de las simetrías globales

En el modelo estándar de las interacciones fundamentales hay precisamente tres grupos de simetría global interna U(1) disponible, con cargas igual al número bariónico B, el número de leptones L y la carga eléctrica Q. El producto del operador paridad con cualquier combinación de esas rotaciones es otro operador paridad. Es una convención el hecho de buscar una combinación específica de esas rotaciones para definir a un operador estándar de paridad, y otros operadores de paridad se relacionan con el estándar uno por rotaciones internas. Una manera de fijar un operador de paridad estándar consiste en asignar las paridades de tres partículas con cargas B, L y Q linealmente independientes. En general, se asigna la paridad de las partículas masivas más comunes: el protón, el neutrón y el electrón como +1.

Steven Weinberg mostró que si P2=(-1)F, donde F es el operador del número fermión, entonces si el número fermión es la suma del número leptón más el número barión, F=B+L, para todas las partículas en el modelo estándar y así el número leptón y el número barión son cargas Q de simetría continua ei Q, es posible redefinir el operador paridad de esta manera P2=1. Sin embargo, si hay un neutrino majorana, en cuya existencia creen los investigadores, entonces su número fermión sería igual al de Majorana, y así (-1)f podría no estar unido con un grupo de simetría continuo. Los neutrinos de Majorana deberían tener paridad ±i.

Paridad del pion

En un artículo de 1954 Absorption of negative pions in deuterium: Parity of the pion (Absorción de piones negativos en el deuterio: Paridad del pion, de William Chinowsky y Jack Steinberger, se demostró que el pion π tiene paridad negativa. Estos investigadores estudiaron que la desintegración de un átomo hace que un núcleo de deuterio d y un pion π- cargado negativamente alcancen un estado con momento angular orbital cero L=0 en dos neutrones n

Los neutrones son fermiones y por lo tanto obedecen a las estadísticas de Fermi, que implican que el estado final es antisimétrico. Usando el hecho de que el deuterón tiene com spín uno y el pion cero, juntos con la antisimetría del estado final, concluyen que los dos neutrones deben tener momento angular orbital L = 1. La paridad total es el producto de la paridad intrínseca de partículas y la paridad extrinseca (-1)L. Así, el momento orbital cambia de cero a uno en el proceso; si el proceso es para conservar la paridad total, entonces el producto de las paridades intrínsecas de las partículas iniciales y finales debe tener signo opuesto. Un núcleo de deuterio está compuesto de un protón y un neutrón, y usando la convención antes mencionada de que protones y neutrones tienen paridad intrínseca igual a +1, se argumentó que la paridad del pion es igual a menos el producto de las partículas de dos neutrones dividido por el protón y el neutrón en el deuterio, (-1)(1)2/(1)2, que es igual a menos 1. Así, se concluye que el pion es una partícula pseudo-escalar.

Violación de paridad y simetría P

La paridad se conserva en electromagnetismo, interacción fuerte y gravitación, pero no en la interacción débil. Por esa razón se afirma que las tres primeras son interacciones con simetría P. La falta de simetría P o violación de la paridad se incorpora en el modelo estándar al expresar a la interacción débil como la interacción quiral de gauge. Solo los componentes levógiros de las partículas y los componentes dextrógiros de las antipartículas participan en la interacción débil en el modelo estándar. Esto implica que la paridad no es simétrica en nuestro universo, a menos que la antimateria exista en esta paridad que se violaría en otro sentido.

La historia de los descubrimientos de la violación de la paridad es interesante. Se sugirió muchas veces y en diferentes contextos que la paridad podría no conservarse, pero en la ausencia de evidencia concreta nunca se los tomó en serio. Una revisión cuidadosa de los físicos teóricos Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang fue más allá, mostrando que mientras la conservación de la paridad ha sido verificada en decaimientos de la fuerza fuerte o de la interacción electromagnética, no fue probada en la interacción débil. Ellos propusieron muchos posibles experimentos directos, los cuales fueron casi en su totalidad ignorados, pero Lee fue capaz de convencer a Chien-Shiung Wu, una colega de Columbia, para que los probara. Ella necesitaba facilidades especiales de criogenia y experiencia, lo cual le fue provisto por el Standard National Bureau.

En 1956-1957 Wu, E. Ambler, R. W. Hayward, D. D. Hoppes, y R. P. Hudson encontraron en un experimento una clara violación de la conservación de la paridad en la desintegración beta de Cobalto-60. Como el experimento fue terminado con un doble chequeo en progreso, Wu informó a sus colegas de Columbia sobre sus resultados positivos. Tres de ellos, R. L. Garwin, Leon Lederman, y R. Weinrich modificaron el experimento en el ciclotrón e inmediatamente verificaron la violación de la paridad. La publicación se retrasó hasta que el grupo de Wu estuviera listo, los dos artículos aparecieron uno detrás del otro.

Después de ese hecho, se notó que un oscuro experimento de 1928 tenía en efecto reportes de la violación de la paridad en desintegraciones débiles pero como el concepto apropiado no había sido inventado aún, no tuvo impacto. El descubrimiento de la violación de la paridad explicó inmediatamente el enigma τ-θ en la física del kaón.

Paridad intrínseca de los hadrones

A cada partícula uno puede asignar una paridad intrínseca cuan grande como su naturaleza preserve la paridad. Por lo tanto la interacción débil no lo hace, se puede aun asignar una paridad a cualquier hadrón al examinar la reacción de una interacción fuerte que la produce o a través de desintegraciones que envuelven a la interacción débil, tal como

π0 → γγ.