الدوران النظيري الضعيف

في فيزياء الجسيمات ، يُعدّ الإيزوسبين الضعيف عددًا كميًا يرتبط بالجزء المشحون كهربائيًا من التفاعل الضعيف . يمكن للجسيمات ذات الإيزوسبين الضعيف غير الصفري أن تتفاعل مع W ^±_{تُعدّ الجسيمات ذات التناظر النظائري الضعيف} الصفري جسيمات ذات تناظر نظائري ضعيف، بينما لا تمتلكها الجسيمات ذات التناظر النظائري الضعيف. التناظر النظائري الضعيف مفهومٌ موازٍ لمفهوم التناظر النظائري في ظل التفاعل القوي . يُرمز للتناظر النظائري الضعيف عادةً بالرمز T أو I ، ويُكتب مُركّبه الثالث T³ أو I³ . _يُعدّ T³ أكثر أهمية من T ؛ وعادةً ما يُستخدم مصطلح "التناظر النظائري الضعيف" كاختصار للمصطلح الصحيح "المُركّب الثالث للتناظر النظائري الضعيف". يُمكن فهمه على أنه القيمة الذاتية لمؤثر الشحنة .

تستخدم هذه المقالة الرمزين _T و T3 للدلالة على التناظر النظائري الضعيف وإسقاطه. وفيما يتعلق بالرموز المبهمة، يُستخدم الرمز I أيضًا لتمثيل التناظر النظائري "العادي" (القوة النووية القوية) ، وكذلك مُركّبه الثالث I3 _{المعروف} أيضًا باسم T3 أو _Tz . ومما يزيد الأمر تعقيدًا، _أن الرمز T يُستخدم أيضًا كرمز لعدد الكمّ Topness . 

يرتبط قانون حفظ الإيزوسبين الضعيف بحفظ${\displaystyle \ T_{3}\$ تحافظ التفاعلات الضعيفة _على T³ . كما تحافظ عليها التفاعلات الكهرومغناطيسية والقوية . مع ذلك، لايحافظالتفاعل مع حقل هيغز على _T³ ، كما يتضح جليًا في الفرميونات المنتشرة، التي تمزج كيراليتها عبر حدود الكتلة الناتجة عن اقترانات هيغز. ولأن القيمة المتوقعة لحقل هيغز في الفراغ غير صفرية ، تتفاعل الجسيمات مع هذا الحقل باستمرار، حتى في الفراغ. يُغير التفاعل مع حقل هيغز التناظر النظائري الضعيف (والشحنة الفائقة الضعيفة) للجسيمات. ولا يُحفظ إلا توليفة محددة من الشحنة الكهربائية.${\displaystyle \ Q\ ,}$يرتبط ذلك بالانعطاف النظائري الضعيف،${\displaystyle \ T_{3}\ ,}$وشحنة فائقة ضعيفة ،${\displaystyle \ Y_{\mathrm {W} }\ ,}$بواسطة

${\displaystyle Q=T_{3}+{\tfrac {1}{2}}Y_{\mathrm {W} }~.}$

في عام 1961، اقترح شيلدون غلاشو هذه العلاقة قياسًا على صيغة غيل-مان-نيشيجيما لنسبة الشحنة إلى الإيزوسبين . ^{[ 1 ] [ 2 ] : 152}

الفرميونات ذات الكيرالية السالبة (وتسمى أيضًا الفرميونات "اليسرى")${\displaystyle \ T={\tfrac {1}{2}}\ }$ويمكن تجميعها في أزواج مع${\displaystyle T_{3}=\pm {\tfrac {1}{2}}}$التي تتصرف بنفس الطريقة في ظل التفاعل الضعيف . وبحسب الاصطلاح، تُنسب الفرميونات المشحونة كهربائياً إلى${\displaystyle T_{3}}$تحمل نفس إشارة شحنتها الكهربائية. على سبيل المثال، الكواركات من النوع العلوي ( u ، c ، t ) لها${\displaystyle \ T_{3}=+{\tfrac {1}{2}}\ }$وتتحول دائمًا إلى كواركات من النوع السفلي ( d ، s ، b )، والتي لها${\displaystyle \ T_{3}=-{\tfrac {1}{2}}\ ,}$والعكس صحيح. من ناحية أخرى، لا يتحلل الكوارك أبدًا تحللًا ضعيفًا إلى كوارك من نفس النوع.${\displaystyle \ T_{3}~.}$يحدث شيء مشابه مع اللبتونات اليسارية ، والتي توجد على شكل أزواج تحتوي على ليبتون مشحون ⁽ e−، μ ⁻، τ ⁻) مع${\displaystyle \ T_{3}=-{\tfrac {1}{2}}\ }$ونيوترينو ( ν​_e ,ν_μ ،ν_τ ) مع${\displaystyle \ T_{3}=+{\tfrac {1}{2}}~.}$في جميع الحالات، يكون للمضاد الفرميوني المقابل كيرالية معكوسة ("مضاد فرميوني يميني") وإشارة معكوسة${\displaystyle \ T_{3}~.}$

الفرميونات ذات الكيرالية الموجبة ("الفرميونات اليمينية") والفرميونات المضادة ذات الكيرالية السالبة ("الفرميونات المضادة اليسارية") لها${\displaystyle \ T=T_{3}=0\ }$وتُشكّل جسيمات أحادية لا تخضع لتفاعلات ضعيفة مشحونة.${\displaystyle \ T_{3}=0\ }$لا تتفاعل مع W ^±البوزونات ؛ ومع ذلك، فإنها جميعًا تتفاعل مع Z ⁰بوزون .

النيوترينوات

ونظرًا لافتقارها لأي شحنة كهربائية مميزة، تُنسب إلى النيوترينوات والنيوترينوات المضادة ما يلي:${\displaystyle \ T_{3}\ }$مقابل الليبتون المشحون المقابل لها؛ وبالتالي، فإن جميع النيوترينوات اليسارية تقترن مع ليبتونات يسارية سالبة الشحنة.${\displaystyle \ T_{3}=-{\tfrac {1}{2}}\ ,}$إذن، تمتلك تلك النيوترينوات${\displaystyle \ T_{3}=+{\tfrac {1}{2}}~.}$بما أن النيوترينوات المضادة ذات اللف المغزلي الأيمن تقترن بالليبتونات المضادة ذات اللف المغزلي الأيمن المشحونة إيجابًا مع${\displaystyle \ T_{3}=+{\tfrac {1}{2}}\ ,}$يتم تخصيص تلك النيوترينوات المضادة${\displaystyle \ T_{3}=-{\tfrac {1}{2}}~.}$وتنتج النتيجة نفسها عن انعكاس الشحنة والتكافؤ بين الجسيمات والجسيمات المضادة ، بين النيوترينوات اليسارية (${\displaystyle \ T_{3}=+{\tfrac {1}{2}}\ }$) ومضادات النيوترينو ذات اليد اليمنى (${\displaystyle \ T_{3}=-{\tfrac {1}{2}}\ }$).

الفرميونات اليسارية في النموذج القياسي ^{[ 3 ]}

الجيل الأول				الجيل الثاني				الجيل الثالث
فرميون	الشحنة الكهربائية	رمز	الدوران النظيري الضعيف	فرميون	الشحنة الكهربائية	رمز	الدوران النظيري الضعيف	فرميون	الشحنة الكهربائية	رمز	الدوران النظيري الضعيف
إلكترون	${\displaystyle \ -\!1~}$	${\displaystyle \quad \mathrm {e} ^{-}\ }$	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{2}}~}$	مون	${\displaystyle \ -\!1~}$	${\displaystyle \quad \mathrm {\mu } ^{-}\ }$	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{2}}~}$	تاوون	${\displaystyle \ -\!1~}$	${\displaystyle \quad \mathrm {\tau } ^{-}~}$	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{2}}~}$
الكوارك العلوي	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {2}{3}}~}$	${\displaystyle \ \mathrm {u} \ }$	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {1}{2}}~}$	سحر الكوارك	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {2}{3}}~}$	${\displaystyle \ \mathrm {c} \ }$	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {1}{2}}~}$	الكوارك العلوي	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {2}{3}}~}$	${\displaystyle \ \mathrm {t} \ }$	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {1}{2}}~}$
الكوارك السفلي	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{3}}~}$	${\displaystyle \ \mathrm {d} \ }$	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{2}}~}$	كوارك غريب	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{3}}~}$	${\displaystyle \ \mathrm {s} \ }$	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{2}}~}$	الكوارك السفلي	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{3}}~}$	${\displaystyle \ \mathrm {b} \ }$	${\displaystyle \ -\!{\tfrac {1}{2}}~}$
نيوترينو الإلكترون	${\displaystyle \ \quad 0~}$	${\displaystyle \ ~\nu _{\mathrm {e} }\ }$	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {1}{2}}~}$	نيوترينو الميون	${\displaystyle \ \quad 0~}$	${\displaystyle \ ~\nu _{\mathrm {\mu } }\ }$	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {1}{2}}~}$	نيوترينو تاو	${\displaystyle \ \quad 0~}$	${\displaystyle \ ~\nu _{\mathrm {\tau } }\ }$	${\displaystyle \ +\!{\tfrac {1}{2}}~}$
جميع الجسيمات اليسارية ( العادية ) المذكورة أعلاه لها جسيمات مضادة يمينية مقابلة ذات دوران نظائري ضعيف متساوٍ ومعاكس.
جميع الجسيمات اليمينية (العادية) والجسيمات المضادة اليسارية لها دوران نظائري ضعيف يساوي 0.

The symmetry associated with weak isospin is SU(2) and requires gauge bosons with ${\displaystyle \,T=1\,}$ (W⁺, W⁻, and W⁰) to mediate transformations between fermions with half-integer weak isospin charges. ^[4]${\displaystyle \ T=1\ }$ implies that W bosons have three different values of ${\displaystyle \ T_{3}\$ :}

• W⁺ boson ${\displaystyle (\,T_{3}=+1\,)}$ is emitted in transitions ${\displaystyle \left(\,T_{3}=+{\tfrac {1}{2}}\,\right)}$ → ${\displaystyle \left(\,T_{3}=-{\tfrac {1}{2}}\,\right)~.}$
• W⁰ boson ${\displaystyle (\,T_{3}=\,0\,)}$ would be emitted in weak interactions where ${\displaystyle \,T_{3}\,}$ does not change, such as neutrino scattering.
• W⁻ boson ${\displaystyle (\,T_{3}=-1\,)}$ is emitted in transitions ${\displaystyle \left(\,T_{3}=-{\tfrac {1}{2}}\,\right)}$ → ${\displaystyle \left(\,T_{3}=+{\tfrac {1}{2}}\,\right)}$.

Under electroweak unification, the W⁰ boson mixes with the weak hypercharge gauge boson B⁰; both have weak isospin = 0 . This results in the observed Z⁰ boson and the photon of quantum electrodynamics; the resulting Z⁰ and γ⁰ likewise have zero weak isospin.

• Weak hypercharge
• Weak charge
• Mathematical formulation of the Standard Model