صيغة كويدي
صيغة كويدي هي معادلة تجريبية غير مفسرة اقترحها يوشيو كويدي ( [ ko.i.de ] ، كوي-إي-داي ) في عام 1981. وهي تربط كتل اللبتونات المشحونة، والإلكترون ، والميون، والتاو ، بالطريقة التالية:
هذه القيمة الدقيقة لـلا يزال ضمن الحدود التجريبية حتى عام 2014. [ 1 ] : 64-66
استُنتجت صيغة كويدي في البداية بناءً على نموذج البريون الذي تنبأ أيضًا بقيم الكواركات وزوايا CKM . ومع ذلك، فقد تم استبعاد هذه التنبؤات الأخرى تجريبيًا.
قام مؤلفون لاحقون بتوسيع نطاق العلاقات المماثلة لتشمل النيوترينوات والكواركات وعائلات أخرى من الجسيمات .
ملخص
صيغة كويدي هي كالتالي:
تُقاس كتل الإلكترون والميون والتاو على التوالي بالصيغة m e =0.510 998 950 00 (15) MeV/ c 2 , m μ =105.658 3755 (23) MeV/ c 2 ، و m τ =1776.93 (09) ميغا إلكترون فولت / ثانية² ؛ الأرقام بين قوسين هي عدم اليقين في الأرقام الأخيرة. [ 2 ] وهذا يعطي Q =0.666 664 46 (508) . [ أ ] هذا يعني أن تنبؤ الصيغة دقيق حاليًا ضمن الحدود التجريبية.
يكمن اللغز في القيمة الفيزيائية. فالنتيجة ليست غريبة فحسب، إذ تُعطي ثلاثة أعداد تبدو عشوائية كسرًا بسيطًا، بل أيضًا لأن قيمة Q في حالة الإلكترون والميون والتاو تقع تمامًا في منتصف المسافة بين أقصى قيم جميع الاحتمالات الممكنة: 1/3 ( إذا كانت الكتل الثلاث متساوية) و 1 (إذا كانت إحدى الكتل أكبر بكثير من الكتلتين الأخريين). و Q كمية لا بُعدية ، لذا تبقى العلاقة صحيحة بغض النظر عن الوحدة المستخدمة للتعبير عن مقادير الكتل.
فسر روبرت فوت أيضًا صيغة كويدي على أنها علاقة هندسية، حيث تكون القيمةهو مربع جيب تمام الزاوية بين المتجهوالمتجه [ 1، 1، 1 ] (انظر الضرب النقطي ). [ 3 ] هذه الزاوية تساوي تقريبًا 45 درجة:[ 3 ]
عند افتراض صحة الصيغة تمامًا ( Q = 2/3 ) ، يمكن استخدامها للتنبؤ بكتلة تاو من كتل الإلكترون والميون (المعروفة بدقة أكبر) ؛ وهذا التنبؤ هو mτ =1 776 .969 MeV/ c 2 . [ 4 ]
بينما نشأت الصيغة الأصلية في سياق نماذج البريون ، فقد تم التوصل إلى طرق أخرى لاشتقاقها (سواء من قبل سومينو أو كويدي - انظر المراجع أدناه). ومع ذلك، لا يزال الفهم غير مكتمل بشكل عام. وقد تم العثور على تطابقات مماثلة لثلاثيات الكواركات اعتمادًا على الكتل المتغيرة. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] مع الكواركات المتناوبة، وربط معادلات كويدي للثلاثيات المتتالية، من الممكن الوصول إلى نتيجة173.263 947 (6) GeV/ c 2 لكتلة الكوارك العلوي . [ 8 ]
الخصائص الرياضية
النطاق المسموح به
بالنظر إلى أي ثلاثة أعداد حقيقية موجبة، لدينا
يُستنتج الحد الأعلى من كون الجذور التربيعية موجبة بالضرورة، بينما يُستنتج الحد الأدنى من متباينة كوشي-بونياكوفسكي-شفارتز . تقع قيمة كويدي، 2/3 ، في منتصف النطاق المسموح به رياضيًا. لكن تجدر الإشارة إلى أنه بإزالة شرط الجذور الموجبة، يُمكن إضافة مجموعة إضافية في قطاع الكواركات (المجموعة التي تضم الكواركات الغريبة والساحرة والقاعية).
تناظر التبديل
تُظهر علاقة كويدي تناظرًا تبادليًا بين كتل الليبتونات المشحونة الثلاث.،، و[ 9 ] هذا يعني أن قيمةتبقى العلاقة دون تغيير عند أي تبديل لهذه الكتل. وبما أن العلاقة تعتمد على مجموع الكتل ومجموع جذورها التربيعية، فإن أي تبديل لـ،، وأوراقثابت: لأي تبديلل.
ثبات المقياس
علاقة كويدي ثابتة المقياس ؛ أي، بضرب كل كتلة بثابت مشتركلا يؤثر على قيمة. يتركل. ثم:
لذلك،يبقى دون تغيير عند تغيير حجم الكتل بمعامل مشترك.
الأصول
يفترض الاشتقاق الأصلي [ 10 ]مع الشروط
ومنها تُستنتج الصيغة. إضافةً إلى ذلك، فقد افترض أن كتل النيوترينوات والكواركات السفلية تتناسب معبينما افترض أن كتل الكواركات العلوية هي
يبرر النموذج المنشور [ 11 ] الشرط الأول كجزء من مخطط كسر التناظر، والشرط الثاني باعتباره "شحنة نكهة" للبريونات في التفاعل الذي يسبب كسر التناظر هذا.
لاحظ أنه في شكل مصفوفة معوالمعادلات ببساطةو
تركيبة الطور
تُختزل الصيغة إلى مُعاملين فقط؛ ومن الشائع استخدام مُعامل المقياس ومُعامل الطور بحيث يُمكن التعبير عن أي ثلاث كتل تتوافق مع صيغة كويدي على النحو التالي:
- بالنسبة لـ n = 1، 2، 3
لمناقشة هذه المرحلة، انظر زينكزيكوفسكي [ 12 ]
صيغ مماثلة
توجد صيغ مماثلة تربط الكتل الأخرى. تعتمد كتل الكواركات على مقياس الطاقة المستخدم لقياسها، مما يجعل التحليل أكثر تعقيدًا. [ 13 ]
بأخذ أثقل ثلاثة كواركات، سحر (1.275 ± 0.03 جيجا إلكترون فولت / ثانية² )، أسفل (4.180 ± 0.04 جيجا إلكترون فولت/ ثانية² ) وأعلى (173.0 ± 0.40 GeV/ c 2 ), بغض النظر عن عدم اليقين، يصل المرء إلى القيمة التي ذكرها F. G. Cao (2012): [ 14 ]
وقد لاحظ روديوهان وتشانغ ذلك في النسخة الأولية من مقالتهما لعام 2011، [ 15 ] ولكن تم حذف الملاحظة في النسخة المنشورة، [ 5 ] لذا فإن أول ذكر منشور كان في عام 2012 من قبل كاو. [ 14 ]
العلاقة
تم نشره كجزء من تحليل ريفيرو، [ 16 ] الذي يشير ( الحاشية 3 في المرجع) إلى أن زيادة قيمة كتلة السحر تجعل كلا المعادلتين، الثقيلة والمتوسطة ، دقيقة.
كتل أخف الكواركات، أعلى (2.2 ± 0.4 ميغا إلكترون فولت / ثانية² )، لأسفل (4.7 ± 0.3 ميغا إلكترون فولت / ثانية² )، وغريب (95.0 ± 4.0 ميغا إلكترون فولت / ثانية² )، دون استخدام عدم اليقين التجريبي، ينتج
وهي قيمة ذكرها كاو أيضًا في نفس المقالة. [ 14 ] وتحسب مقالة أقدم، بقلم هـ. هاراري وآخرون، [ 17 ] القيم النظرية للكواركات العلوية والسفلية والغريبة، والتي تتطابق بالصدفة مع صيغة كويدي اللاحقة، وإن كان ذلك مع كوارك علوي عديم الكتلة.
يمكن اعتبار هذا أول ظهور لصيغة من نوع كويدي في الأدبيات العلمية.
العلاقة العكسية
ويصادف أن يكون 2/3 بالضبط عند طاقات 100 TeV، وفقًا لذلك، [ 18 ] وهو دائمًا ضمن انحراف معياري واحد من الكسر الدقيق في جميع عمليات إعادة التطبيع الجارية.
تغير كتل الجسيمات
في نظرية الحقل الكمومي ، تتغير كميات مثل ثابت الاقتران والكتلة بتغير مستوى الطاقة. [ 19 ] أي أن قيمتها تعتمد على مستوى الطاقة الذي يحدث عنده الرصد، وفقًا لمعادلة مجموعة إعادة التطبيع (RGE). [ 20 ] عادةً ما يُتوقع أن تكون العلاقات بين هذه الكميات بسيطة عند الطاقات العالية (حيث لا ينكسر بعض التناظر ) ، ولكن ليس عند الطاقات المنخفضة، حيث يُنتج تدفق مجموعة إعادة التطبيع انحرافات معقدة عن علاقة الطاقة العالية. تُعد علاقة كويدي دقيقة (ضمن هامش الخطأ التجريبي) لكتل الأقطاب ، وهي كميات طاقة منخفضة مُعرَّفة عند مستويات طاقة مختلفة. لهذا السبب، يعتبر العديد من الفيزيائيين هذه العلاقة "علم الأعداد" . [ 21 ]
مع ذلك، اقترح الفيزيائي الياباني يوكيناري سومينو آليات لتفسير أصول طيف الليبتونات المشحونة، بالإضافة إلى صيغة كويدي، وذلك من خلال بناء نظرية مجال فعّالة ذات تناظر قياسي جديد يجعل كتل الأقطاب تُحقق العلاقة بدقة. [ 22 ] وقد نشر كويدي آراءه بشأن نموذج سومينو. [ 23 ] [ 24 ] وتتناول أطروحة الدكتوراه لفرانسوا جوفينيه مناقشة كتل الأقطاب وكيفية إعادة صياغة صيغة كويدي لتجنب استخدام الجذور التربيعية للكتل. [ 25 ]
كحلول لمعادلة تكعيبية
عادةً ما تظهر معادلة تكعيبية عند كسر التناظر في حل فراغ هيغز، وهي حالة طبيعية عند دراسة ثلاثة أجيال من الجسيمات. يتضمن ذلك إيجاد القيم الذاتية لمصفوفة كتلة من الرتبة 3 × 3 .
في هذا المثال، ضع في اعتبارك متعددة الحدود المميزة
بجذوريجب أن يكون ذلك حقيقياً وإيجابياً.
لاستنتاج علاقة كويدي، دعويمكن تحليل متعددة الحدود الناتجة إلى
أو
يجب أن تعيد كثيرات الحدود المتناظرة الأولية للجذور إنتاج المعاملات المقابلة من كثيرة الحدود التي تحلها، لذلكوبأخذ نسبة هاتين كثيرتي الحدود المتناظرتين، ولكن بتربيع الأولى، نقسم على المعامل المجهولنحصل على صيغة من نوع كويدي: بغض النظر عن قيمةحلول المعادلة التكعيبية لـيجب أن يفي
لذا
و
التحويل مرة أخرى إلى
في الحالة النسبية، قدمت أطروحة جوفينيه طريقة مماثلة لبناء متعدد الحدود باستخدام القوى الزوجية فقط.
آلية هيغز
اقترح كويدي أن تفسير الصيغة قد يكون جسيم هيغز معنكهة مميزةمقدم من:
مع حدود كتلة الليبتون المشحون المعطاة بواسطة[ 26 ] يتم تقليل هذا الجهد عندما تتوافق الكتل مع صيغة كويدي. ولا يؤدي التقليل إلى تحديد مقياس الكتلة، والذي يجب تحديده من خلال حدود إضافية للجهد، لذا قد تشير صيغة كويدي إلى وجود جسيمات قياسية إضافيةتتجاوزبوزون هيغزفي.
في الواقع، سيكون أحد هذه الاحتمالات لهيغز هو تحديدًاوالتي عند توسيعها، فإن المحدد من حيث الآثار سيتبسط باستخدام علاقات كويدي.
الحواشي
- ↑ بما أن عدم اليقين في m e و m μ أصغر بكثير من عدم اليقين في m τ ، فقد تم حسابعدم اليقين في Q على النحو التالي
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ زينكزيكوفسكي، ب.، الجسيمات الأولية والفضاء الطوري الناشئ ( سنغافورة : وورلد ساينتيفيك ، 2014)، ص 64-66 .
- 1 2 فوت، ر. (7 فبراير 1994). "ملاحظة حول علاقة كتلة الليبتون لكويدي". arXiv : hep-ph/9402242 .
- ↑ برانن، كارل أ. (2 مايو 2006). "كتل اللبتون" (ملف PDF) . الموقع الإلكتروني الشخصي لبرانن . تاريخ الاطلاع: 18 أكتوبر 2020 .
- 1 2 روديوهان، دبليو؛ تشانغ، إتش. (2011). "توسيع علاقة تجريبية لكتلة الليبتون المشحون لتشمل قطاع النيوترينو". رسائل الفيزياء ب . 698 (2): 152-156 . arXiv : 1101.5525 . Bibcode : 2011PhLB..698..152R . doi : 10.1016/j.physletb.2011.03.007 . S2CID 59445811 .
- ↑ روزن، ج. (2007). "التطوير الاستدلالي لنموذج ديراك-غولدهابر لبنية الليبتون والكوارك" . رسائل الفيزياء الحديثة أ . 22 (4): 283-288 . Bibcode : 2007MPLA...22..283R . doi : 10.1142/S0217732307022621 .
- ↑ كارتافتسيف، أ. (2011). "ملاحظة حول علاقة كويدي للكواركات". arXiv : 1111.0480 [ hep-ph ].
- ↑ ريفيرو، أ. (2011). "مجموعة كويدي جديدة: قاعدة سحرية غريبة". arXiv : 1111.7232 [ hep-ph ].
- ^ جوفينيت، ف. (2008). نهج من أسفل إلى أعلى لكتل الفرميون (أطروحة دكتوراه). لوفان، فرنسا: جامعة لوفان الكاثوليكية .
- ↑ كويدي، ي. (1981)، كتل الكواركات واللبتونات المتكهن بها من نموذج الكواركات الفرعية
- ↑ كويدي، ي. (1983). "نموذج مركب من الفرميونات والبوزونات للكواركات واللبتونات". رسائل الفيزياء ب . 120 ( 1-3 ): 161-165 . Bibcode : 1983PhLB..120..161K . doi : 10.1016/0370-2693(83)90644-5 .
- ↑ زينتشيكوفسكي، بيوتر (26-12-2012). "ملاحظة حول تمثيل كويدي المتناظر Z3 لكتل الكواركات". مجلة Physical Review D. 86 ( 11) 117303. arXiv : 1210.4125 . Bibcode : 2012PhRvD..86k7303Z . doi : 10.1103/PhysRevD.86.117303 . ISSN 1550-7998 . S2CID 119189170 .
- ↑ Quadt, A. , Top Quark Physics at Hadron Colliders ( Berlin / Heidelberg : Springer , 2006), p. 147 .
- 1 2 3 Cao, FG (2012). "كتل النيوترينو من علاقات كتلة الليبتون والكوارك وتذبذبات النيوترينو". Physical Review D. 85 ( 11) 113003. arXiv : 1205.4068 . Bibcode : 2012PhRvD..85k3003C . doi : 10.1103/PhysRevD.85.113003 . S2CID 118565032 .
- ↑ روديوهان، دبليو؛ تشانغ، إتش. (2011). "توسيع علاقة تجريبية لكتلة الليبتون المشحون إلى قطاع النيوترينو". arXiv : 1101.5525 [ hep-ph ].
- ↑ ريفيرو، أ. (2024). "تفسير الكميات القياسية في SO(32)" . المجلة الأوروبية للفيزياء ج . 84 (10) 1058. arXiv : 2407.05397 . doi : 10.1140/epjc/s10052-024-13368-3 .
- ↑ هاراري، حاييم؛ هوت، هيرفيه؛ ويرز، جاك (1978). " كتل الكواركات وزوايا كابيبو " (ملف PDF) . رسائل الفيزياء ب . 78 (4): 459-461 . رمز Bibcode : 1978PhLB...78..459H . doi : 10.1016/0370-2693(78)90485-9 .
- ↑ ريفيرو، أ. (2026). "قواعد جمع جديدة من نوع كويدي". رسائل الفيزياء ب . 887 140510. doi : 10.1016/j.physletb.2026.140510 .
- ↑ ألفاريز-جاومي، إل . فاسكيز موزو، MA (2012). دعوة إلى نظرية المجال الكمي . برلين، DE / هايدلبرغ، DE: سبرينغر. ص 151-152 .
- ↑ غرين، د. (2016). علم الكونيات باستخدام MATLAB . سنغافورة : وورلد ساينتيفيك . ص 197 .
- ↑ موتل، ل. (16 يناير 2012). "هل يمكن أن تكون صيغة كويدي حقيقية؟" . blogspot.com (مدونة). الإطار المرجعي . مؤرشف من الأصل في 2 أغسطس 2021. تم الاطلاع عليه في 21 ديسمبر 2023 .
- ↑ سومينو، ي. (2009). "تناظر قياس العائلة كأصل لصيغة كتلة كويدي وطيف الليبتون المشحون". مجلة فيزياء الطاقة العالية . 2009 (5): 75. arXiv : 0812.2103 . Bibcode : 2009JHEP...05..075S . doi : 10.1088/1126-6708/2009/05/075 . S2CID 14238049 .
- ↑ كويدي، يوشيو (2017). "نموذج سومينو ووجهة نظري الشخصية". arXiv : 1701.01921 [ hep-ph ].
- ↑ كويدي، يوشيو (2018). "ماذا تخبرنا به علاقة كتلة الليبتون المشحون؟". arXiv : 1809.00425 [ hep-ph ].
- ^ جوفينيت، ف. (2008). نهج من أسفل إلى أعلى لكتل الفرميون (أطروحة دكتوراه). لوفان، فرنسا: جامعة لوفان الكاثوليكية .
- ↑ كويدي، يوشيو (1990). "قاعدة مجموع كتلة الليبتونات المشحونة من نموذج جهد هيغز لعائلة U(3)" . رسائل الفيزياء الحديثة أ . 5 (28): 2319-2324 . Bibcode : 1990MPLA....5.2319K . doi : 10.1142/S0217732390002663 .
للمزيد من القراءة
- كويد، ي. (1983). "نظرة جديدة على التسلسل الهرمي لكتل الكواركات واللبتونات". مجلة Physical Review D. 28 ( 1): 252-254 . Bibcode : 1983PhRvD..28..252K . doi : 10.1103/PhysRevD.28.252 .
- كويد، ي. (1984). "تصحيح: رؤية جديدة لتسلسل كتل الكواركات واللبتونات" . مجلة Physical Review D. 29 ( 7): 1544. Bibcode : 1984PhRvD..29Q1544K . doi : 10.1103/PhysRevD.29.1544 .
- أونيدا، س.؛ كويدي، ي. (1991). التناظر التقاربي وآثاره في فيزياء الجسيمات الأولية . وورلد ساينتيفيك . ISBN 978-981-02-0498-3.
- كويدي، ي. (2000). "مصفوفات كتلة الكواركات واللبتونات ذات الشكل الثابت بالتبديل الدوري" (ملف PDF) . الفيزياء . arXiv : hep-ph/0005137 . Bibcode : 2000hep.ph....5137K . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أغسطس 2021 .
- Koide, Y. (2005). "تحدي لغز كتلة الليبتون المشحون". arXiv : hep-ph/0506247 .
- لي، ن.؛ ما، ب.-ك. (2006). "استقلالية مقياس الطاقة لكتل الكواركات واللبتونات". مجلة Physical Review D. 73 ( 1) 013009. arXiv : hep-ph/0601031 . Bibcode : 2006PhRvD..73a3009L . doi : 10.1103/PhysRevD.73.013009 . S2CID 2624370 .
- برانن، سي. (2010). "تكاملات مسار الدوران والأجيال" (ملف PDF) . أسس الفيزياء . 40 (11): 1681-1699 . arXiv : 1006.3114 . Bibcode : 2010FoPh...40.1681B . CiteSeerX : 10.1.1.749.3756 . doi : 10.1007/s10701-010-9465-8 . S2CID : 11007648 . (انظر روابط المراجع في المقالة إلى "كتل الليبتون" و "النتائج الحديثة من تجربة مينوس").
روابط خارجية
الوسائط المتعلقة بصيغة كويدي على ويكيميديا كومنز- يقوم برنامج Wolfram Alpha ، الرابط، بحساب كتلة تاو المتوقعة من صيغة Koide.
- اللبتونات
- مشاكل لم تُحل في الفيزياء
- القوانين التجريبية
- ثمانينيات القرن العشرين في العلوم
