هايبر تشارج

في فيزياء الجسيمات ، تُعرف الشحنة الفائقة (وهي كلمة مركبة من " هايبرونيك" و"شحنة") Y للجسيم بأنها عدد كمي محفوظ في ظل التفاعل القوي . يوفر مفهوم الشحنة الفائقة مؤثر شحنة واحد يفسر خصائص الإيزوسبين والشحنة الكهربائية والنكهة . تُستخدم الشحنة الفائقة في تصنيف الهادرونات ؛ وللشحنة الفائقة الضعيفة، التي تحمل الاسم نفسه، دور مماثل في التفاعل الكهروضعيف .

الشحنة الفائقة هي أحد العددين الكميين لنموذج SU(3) للهادرونات ، إلى جانب الإيزوسبين I _3. كان الإيزوسبين وحده كافيًا لنكهتين من الكواركات - وهما u و d - بينما يُعرف حاليًا 6 نكهات من الكواركات.  

مخططات وزن SU(3) (انظر أدناه) ثنائية  الأبعاد، حيث تشير الإحداثيات إلى عددين كميين: I3 ₍ المعروف أيضًا باسم Iz ₎ ، وهو المكون z  من الإيزوسبين، و Y ، وهو الشحنة الفائقة (المحددة بالغرابة S ، والسحر C ، والقاع B ′ ، والقمة T ′ ، وعدد الباريونات B ). رياضيًا، الشحنة الفائقة هي ^{[ 1 ]}     

${\displaystyle Y=B+S-{\frac {CB'+T'}{3}}~.}$

تحافظ التفاعلات القوية على الشحنة الفائقة (والشحنة الفائقة الضعيفة )، لكن التفاعلات الضعيفة لا تفعل ذلك .

تربط صيغة غيل -مان-نيشيجيما بين الدوران النظائري والشحنة الكهربائية

${\displaystyle Q=I_{3}+{\tfrac {1}{2}}Y,}$

حيث I ₃ هو المكون الثالث من الإيزوسبين و Q هي شحنة الجسيم.

يُنتج الدوران النظائري مجموعات متعددة من الجسيمات التي ترتبط شحنتها المتوسطة بالشحنة الفائقة من خلال:

${\displaystyle Y=2{\bar {Q}}.}$

بما أن الشحنة الفائقة هي نفسها لجميع أعضاء المجموعة المتعددة، ومتوسط ​​قيم I ₃ هو 0.

هذه التعريفات في شكلها الأصلي تنطبق فقط على الكواركات الثلاثة الأخف وزناً.

يتميز نموذج SU(2) بمضاعفات ذات عدد كمي J ، وهو الزخم الزاوي الكلي . تتكون كل مضاعف من 2J + 1 حالة فرعية بقيم J _z متساوية التباعد ، مما يشكل ترتيبًا متناظرًا يُرى في الأطياف الذرية والدوران النظائري. يُضفي هذا طابعًا رسميًا على ملاحظة عدم رصد بعض اضمحلالات الباريونات ^القوية ، مما يؤدي إلى التنبؤ بكتلة وغرابة وشحنة Ω−باريون .

تحتوي مجموعة SU(3) على مضاعفات فائقة تتضمن مضاعفات SU(2). تحتاج SU(3) الآن إلى رقمين لتحديد جميع حالاتها الفرعية، ويرمز لهما _بـ λ1 و λ2 _.

( λ ₁ + 1) يحدد عدد النقاط في الجانب العلوي من الشكل السداسي بينما ( λ ₂ + 1) يحدد عدد النقاط في الجانب السفلي.

• تمتلك مجموعة النيوكليونات ( البروتونات ذات الشحنة Q = +1 والنيوترونات ذات الشحنة Q = 0 ) شحنة متوسطة قدرها ½ ، لذا فإن لكليهما شحنة فائقة Y = 1 (بما أن العدد الباريوني B = +1، و S = C = B ′ = T ′ = 0 ) . من صيغة غيل - مان- نيشيجيما ، نعلم _أن البروتون له إيزوسبين I³ = _½ ، بينما النيوترون له إيزوسبين I³ = −½ .
• ينطبق هذا أيضًا على الكواركات : بالنسبة للكوارك العلوي ، بشحنة ⁠ + + 2 / 3 ⁠ ، و I ₃ من ⁠ + + 1 / 2 ⁠ ، نستنتج شحنة فائقة قدرها ⁠ 1 / 3 ⁠ ، نظرًا لعدد الباريون الخاص به (بما أن ثلاثة كواركات تشكل باريونًا، فإن لكل كوارك عدد باريون قدره ⁠ + + 1 / 3 ⁠ ).
• بالنسبة للكوارك الغريب ، ذي الشحنة الكهربائية ⁠ − + 1 / 3 ⁠ ، وعدد الباريونات ⁠ + + 1 / 3 ⁠ ، وغرابة −1 ، نحصل على شحنة فائقة Y = ⁠ − + 2 / 3 ⁠ ، ومن ثم نستنتج أن I ₃ = 0. هذا يعني أن الكوارك الغريب يُكوّن حالةً أحاديةً من حيث التناظر النظائري (وينطبق الأمر نفسه على كواركات السحر والقاع والقمة ) ، بينما يُكوّن الكواركان العلوي والسفلي حالةً ثنائيةً من حيث التناظر النظائري.
• جميع الكواركات الأخرى لها شحنة فائقة Y = 0 .

طُوِّر مفهوم الشحنة الفائقة في ستينيات القرن العشرين لتنظيم مجموعات الجسيمات في " حديقة حيوانات الجسيمات " ووضع قوانين حفظ مخصصة بناءً على تحولاتها المرصودة. ومع ظهور نموذج الكوارك ، بات من الواضح الآن أن الشحنة الفائقة القوية، Y ، هي التركيبة التالية لأعداد الكواركات _{العلوية} (  nu ) _، والسفلية (  nd ) ، والغريبة ( _{ns )} ، والساحرة ( nc ₎ ، والقمة ( nt ₎ ، والقاع ( b ) :    

${\displaystyle Y={\tfrac {1}{3}}n_{\textrm {u}}+{\tfrac {1}{3}}n_{\textrm {d}}+{\tfrac {4}{3}}n_{\textrm {c}}-{\tfrac {2}{3}}n_{\textrm {s}}+{\tfrac {4}{3}}n_{\textrm {t}}-{\tfrac {2}{3}}n_{\textrm {b}}~.}$

في التوصيفات الحديثة لتفاعل الهادرونات ، أصبح من الأنسب رسم مخططات فاينمان التي تتتبع مسار الكواركات المكونة (المحفوظة) للباريونات والميزونات المتفاعلة ، بدلاً من حساب أعداد الكم للشحنة الفائقة القوية. مع ذلك، تبقى الشحنة الفائقة الضعيفة جزءًا أساسيًا من فهم التفاعل الكهروضعيف .

• سيمات، هنري؛ أولبرايت، جون ر. (1984). مقدمة في الفيزياء الذرية والنووية . تشابمان وهول. ISBN 978-0-412-15670-0.