Введение

Тип заряда частицы, встречающийся в Стандартной модели, — квантовое число адронов.

В физике частиц гиперзаряд (образовано от слов «гиперон» и «заряд») частицы Y — это квантовое число, сохраняющееся при сильном взаимодействии. Концепция гиперзаряда предоставляет единый оператор заряда, учитывающий свойства изоспина, электрического заряда и аромата. Гиперзаряд полезен для классификации адронов, а слабое гиперзаряд, имеющее схожее название, играет аналогичную роль в электрослабом взаимодействии.

Определение

Гиперзаряд — одно из двух квантовых чисел модели адронов SU(3), наряду с изоспином I. Изоспина в одиночку была достаточна для двух ароматов кварков — а и — тогда как в настоящее время известно 6 ароматов кварков. Диаграммы весов SU(3) (см. ниже) двухмерны, с координатами, относящимися к двум квантовым числам: I (также обозначается как I₃), являющемуся z-компонентой изоспина, и Y, являющемуся гиперзарядом (определяемым странностью S, очарованием C, c-чётностью B′, t-чётностью T′ и барионным числом B). Математически гиперзаряд выражается как…

Сильные взаимодействия сохраняют гиперзаряд (и слабый гиперзаряд), но слабые взаимодействия — нет.

Модель SU{3) в отношении гиперзарядки

Модель SU(2) имеет мультиплеты, характеризующиеся квантовым числом J, которое является полным угловым моментом. Каждый мультиплет состоит из 2J + 1 подсостояний с равноотстоящими значениями Jz, образуя симметричную структуру, наблюдаемую в атомных спектрах и изоспине. Это формализует наблюдение, что определенные сильные распады барионов не наблюдались, что привело к предсказанию массы, странности и заряда бариона. SU(3) имеет супермультиплеты, содержащие мультиплеты SU(2). Для определения всех подсостояний SU(3) теперь требуются два числа, обозначаемые λ1 и λ2. (λ1 + 1) определяет количество точек на верхней стороне шестиугольника, а (λ2 + 1) – количество точек на нижней стороне.

Примеры

Нуклоны (протоны с зарядом +1 и нейтроны с зарядом 0) имеют средний заряд +1, поэтому оба имеют гиперзаряд +1 (поскольку число барионов равно +1). Из формулы Гелла-Манна — Нисиджимы мы знаем, что у протона изоспин +1/2, а у нейтрона -1/2. Это также справедливо для кварков: для верхнего кварка с зарядом +2/3 и изоспином 1/2 мы выводим гиперзаряд +1/3, благодаря его барионному числу (поскольку три кварка образуют барион, каждый кварк имеет барионное число 1/3). Для странного кварка с электрическим зарядом -1/3, барионным числом 1/3 и странностью -1, мы получаем гиперзаряд -2/3, следовательно, мы делаем вывод, что Y = S + B = -1 + 1/3 = -2/3. Это означает, что странный кварк образует собственный изоспиновый синглет (то же самое происходит с очарованным, ботомом и верхним кварками), в то время как верхний и нижний кварки составляют изоспиновый дублет. Все остальные кварки имеют гиперзаряд +1/3.

Практическое устаревание

Гиперзаряд — это концепция, разработанная в 1960-х годах для организации групп частиц в так называемом "зоопарке частиц" и разработки специальных законов сохранения, основанных на наблюдаемых преобразованиях. С появлением кварковой модели стало очевидно, что сильный гиперзаряд, Y, представляет собой следующую комбинацию чисел количества верхних (n), нижних (n), странных (n), очарованных (n), истинных (n) и прелестных (n) кварков:

В современных описаниях адронных взаимодействий стало более наглядно строить диаграммы Фейнмана, отслеживающие отдельные составляющие кварки (которые сохраняются), входящие в состав взаимодействующих барионов и мезонов, вместо того чтобы учитывать сильные гиперзаряды. Слабый гиперзаряд, однако, остаётся важной частью понимания электрослабого взаимодействия.