التيار المحايد المغير للنكهة

في فيزياء الجسيمات ، تُعدّ التيارات المحايدة المتغيرة النكهة ( FCNCs ) فئة من التفاعلات الافتراضية بين الجسيمات الأولية . تُغيّر هذه التفاعلات نكهة الجسيم (أي نوعه، مثل تحوّل الكوارك الغريب إلى كوارك سفلي ) دون تغيير شحنته الكهربائية .

في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، لا يمكن للتفاعلات السائدة على مستوى الشجرة أن تُنتج جسيمات FCNC. يُفسر ذلك بآلية GIM . مع ذلك، يمكن أن تحدث جسيمات FCNC من خلال عمليات أكثر تعقيدًا وذات رتبة أعلى (ما يُسمى "مخططات الحلقات")، لكنها نادرة للغاية. نظرًا لأن جسيمات FCNC مُثبَّطة بشدة في النموذج القياسي، يعتبرها الفيزيائيون ظاهرة "ذات خلفية معدومة". أي رصد واضح لجسيم FCNC سيكون مؤشرًا قويًا على وجود فيزياء تتجاوز النموذج القياسي .

تُجرى تجارب في مصادمات الجسيمات، مثل مصادم الهادرونات الكبير ، وتُجرى عمليات بحث متخصصة، مثل تجربة MEG ، للبحث بنشاط عن أدلة على وجود تفاعلات الفوتونات غير المستقرة. وحتى الآن، تتوافق النتائج إلى حد كبير مع تنبؤات النموذج القياسي. ويفرض غياب هذه التفاعلات قيودًا مهمة على تطوير نظريات ونماذج جديدة في الفيزياء.

التيارات المحايدة المتغيرة النكهة هي تفاعلات تتنبأ بها بعض النظريات، ويجري دراسة وجودها المحتمل من خلال حدود لاغرانج التي تصفها. إذا حدثت هذه التيارات في الطبيعة، فقد تُحدث ظواهر لم تُلاحظ بعد في التجارب. على الرغم من أن التيارات المحايدة المتغيرة النكهة قد تحدث في النموذج القياسي بعد مستوى الشجرة ، إلا أنها تُكبح بشدة بواسطة آلية GIM . وقد بحثت العديد من المجموعات البحثية عن هذه التيارات. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} رصدت تجربة CDF في مصادم تيفاترون أدلة على وجود التيارات المحايدة المتغيرة النكهة في تحلل ميزون B الغريب إلى ميزونات فاي في عام 2005. ^{[ 4 ]}

تتنبأ النظريات التي تحاول تجاوز النموذج القياسي، مثل نماذج التناظر الفائق أو التكنيكولور ، بوجود ظواهر عدم التناسق اللوني (FCNCs) بشكل عام. ويُعدّ كبح هذه الظواهر ضروريًا للتوافق مع الملاحظات، مما يجعل ظواهر عدم التناسق اللوني قيودًا مهمة على بناء النماذج.

لنفترض نموذجًا مبسطًا حيث يمكن لبوزون غير مكتشف S ^أن يرتبط بكل من الإلكترون وتاو ( τ−) عبر المصطلح

${\displaystyle S{\bar {\psi }}_{e}\psi _{\tau }}$

بما أن الإلكترون والتاو يحملان شحنات متساوية، فمن الواضح أن الشحنة الكهربائية لـ S يجب أن تتلاشى للحفاظ على قانون حفظ الشحنة الكهربائية. ويمكن لمخطط فاينمان، الذي يعتبر S جسيمًا وسيطًا، أن يحول التاو إلى إلكترون (بالإضافة إلى بعض نواتج التحلل المتعادلة لـ S ).

ستبحث تجربة MEG [ ^{5 ] في} معهد بول شيرر بالقرب من زيورخ عن عملية مماثلة، حيث يتحلل الميون المضاد إلى فوتون وإلكترون مضاد ( بوزيترون ). في النموذج القياسي، تحدث هذه العملية فقط عن طريق انبعاث وإعادة امتصاص جسيم W ^{+ مشحون.}، مما يغير μ ⁺يتحول إلى نيوترينو عند الانبعاث ثم إلى بوزيترون عند إعادة الامتصاص، وأخيراً ينبعث منه فوتون يحمل معه أي فرق في الطاقة والدوران والزخم .

في معظم الحالات ذات الأهمية، لا يكون البوزون المعني بوزونًا جديدًا S بل البوزون التقليدي Z ⁰ البوزون نفسه. ^{[ 6 ]} قد يحدث هذا إذا كان الاقتران بالتيارات المحايدة الضعيفة غير عالمي (بشكل طفيف).  لا يُغير الاقتران العالمي السائد مع بوزون Z النكهة، ولكن المساهمات غير العالمية الثانوية قد تُغيرها.

عادةً ما يتم تحديد معاملات FCNCs التي تتضمن بوزون Z للكواركات  من النوع السفلي عند نقل الزخم الصفري بواسطة مصطلح الفعل الفعال

${\displaystyle {\frac {g}{2\cos \theta _{\text{W}}}}{\overline {d}}_{L\alpha }U_{\alpha \beta }\gamma ^{\mu }d_{L\beta }Z_{\mu }}$

غالبًا ما يتم دراسة هذا المثال المحدد من FCNC بشكل مكثف نظرًا لوجود بعض القيود القوية نسبيًا الناتجة عن اضمحلال B ⁰ الميزونات في Belle و BaBar . تُحدد العناصر غير القطرية للمصفوفة U معاملات FCNCs، وتُقيدها القيود الحالية بحيث تكون أقل من جزء واحد في الألف لـ | U _bs |. في الواقع، يُعدّ تأثير تصحيحات النموذج القياسي أحادي الحلقة هو المهيمن، لكن التجارب دقيقة بما يكفي لقياس الانحرافات الطفيفة عن تنبؤات النموذج القياسي.

تميل التجارب إلى التركيز على التيارات المحايدة التي تغير النكهة بدلاً من التيارات المشحونة ، لأن التيار المحايد الضعيف ( Z ⁰⁾ لا يتغير نكهة البوزون في النموذج القياسي نفسه على مستوى الشجرة، بينما التيارات المشحونة الضعيفة ( W ^± تفعل البوزونات ذلك. ستُطغى الفيزياء الجديدة في أحداث التيار المشحون على عدد أكبر من W ^± تفاعلات البوزونات؛ لن يتم إخفاء الفيزياء الجديدة في التيار المحايد بتأثير كبير ناتج عن فيزياء النموذج القياسي العادية.

• تذبذب الجسيمات المحايدة
• رسم تخطيطي للبطريق
• نموذج هيغز المزدوج