[科普中國]-味量子數(shù)

味量子數(shù)（flavour quantum number）是夸克的一種內(nèi)部性質(zhì)的統(tǒng)稱 。與普通嗅覺上的“味”完全無關(guān)。1

簡介輕子所有輕子都帶有輕子數(shù)L=1。另外，輕子同時帶有弱同位旋T3，三種帶電荷輕子（即電子、μ子和τ子）的弱同位旋為??2，而它們的中微子則為+?2。每一個由帶電輕子及中性輕子（兩者有著相反的弱同位旋）組成的雙重態(tài)，組成輕子的一代。另外，有一種量子數(shù)叫弱超荷，YW，所有左手性輕子的弱超荷皆為?1。弱同位旋與弱超荷在標準模型中都是規(guī)范的。1

輕子共有六種“味”量子數(shù)：電子數(shù)、μ子數(shù)、τ子數(shù)及三種中微子的對應數(shù)。它們在電磁相互作用中守恒，但在弱相互作用中則被破壞。因此，這些“味”量子數(shù)并沒有什么大用途。每一代一個量子數(shù)反而更有用，電數(shù)（電子與電中微子的值為+1）、μ數(shù)（μ子與μ子中微子的值為+1）及τ數(shù)（τ子與τ子中微子的值為+1）。然而，這些數(shù)還是不會絕對守恒，因為不同代的中微子會混合；也就是說，一個味的中微子可以變成另一個味。這種混合的強度由一個矩陣所定，叫龐蒂科夫-牧-中川-坂田矩陣（PMNS矩陣）。

夸克所有夸克都帶有重子數(shù)B=?3。它們還帶有弱同位旋T3=±?2。T3為正的夸克（上、魅及頂）叫“上型夸克”，T3為負的（下、奇及底）叫“下型夸克”。每個有上型及下型夸克的雙重態(tài)，都各自組成夸克的一個代。

夸克擁有以下的味量子數(shù)：

同位旋，上夸克的值為I3=?2，而下夸克的值則為I3=??2。

奇異數(shù)（S）：由默里·蓋爾曼所引進的一個量子數(shù)。奇夸克的奇異數(shù)被定義為-1。

粲數(shù)（C），粲夸克的粲數(shù)值為+1。

底數(shù)（B′），底夸克的底數(shù)值為?1。

頂數(shù)（T），頂夸克的頂數(shù)值為+1。

因為它們在電磁及強相互作用中都守恒（但不是在弱相互作用中），所以它們是有用的量子數(shù)。可以從它們中建立新的導出量子數(shù)：

超荷（Y）：Y=B+S+C+B′ +T

電荷:Q=I3+?2Y（見蓋爾曼-西島關(guān)系）

某一種味的夸克是哈密頓算符弱相互作用部分的本征態(tài)：它會跟W及Z玻色子有一種固定的相互作用方式。另一方面，一固定質(zhì)量的費米子（哈密頓算符的強相互作用及動能部分的本征態(tài)），一般是多種味的疊加態(tài)。因此，在量子態(tài)自由傳播時，其內(nèi)含的夸克可能會轉(zhuǎn)變。夸克這種從味態(tài)變成質(zhì)量態(tài)的轉(zhuǎn)變，數(shù)學上由卡比博-小林-益川矩陣（CKM矩陣）所描述。這個矩陣與中微子的PMNS矩陣有異曲同工之處，它定義了夸克在弱相互作用下味變間的強度。

在有最少三代的時候，CKM矩陣就能夠描述CP破壞。

反粒子及強子味量子數(shù)是可相加的。因此反粒子的味與對應粒子的大小相同，但正負相反。強子從它們的價夸克l中得到味量子數(shù)：這是夸克模型的分類基本。超荷、電荷及其他味量子數(shù)對于強子也成立，對夸克也是。

量子色動力學味對稱跟手征對稱有著密切的關(guān)系。建議把以下這節(jié)跟手征性一同閱讀。

量子色動力學（QCD）中夸克有六種味。然而，它們的質(zhì)量不一。因此，嚴格來說它們不能被互相交換。上及下夸克的質(zhì)量很接近，幾乎一樣，因此二夸克理論擁有大概的SU(2)對稱（同位旋對稱）。在某些情況下，可以把Nf種夸克視為相同質(zhì)量，然后得到有效的SU(Nf)味對稱。

在某些情況下，夸克的質(zhì)量可以被完全忽略。在這個情形下，每一種夸克味都有一種手征對稱。這時可以把每個夸克場的味變換，分成左手性和右手性兩部分。那么味群就是手性群SUL(Nf) × SUR(Nf)。

如果所有夸克的質(zhì)量都一樣，那么手征對稱就會被破壞成“對角味群”的“矢量對稱”，它會對夸克的兩種螺旋性作出一樣的變換。這樣的一種對稱縮化叫“明確對稱性破缺”。明確對稱性破缺的量，是由QCD中的凈夸克質(zhì)量所控制的。

即使夸克沒有質(zhì)量，如果真空內(nèi)有手征凝聚物（跟低能量QCD時一樣），手征味對稱也會被自發(fā)破壞。因此造成夸克的有效質(zhì)量，一般在QCD中叫價夸克質(zhì)量。

QCD的對稱實驗分析指出，較輕的夸克味的現(xiàn)時質(zhì)量，比起QCD的截斷能標ΛQCD要小得多，因此對于上、下及奇夸克，手征味對稱與QCD是近似的。手征攝動理論的成功，以及相對簡單的手征模型，都是利用上述這一點。從夸克模型所得出的價夸克質(zhì)量，比現(xiàn)時的夸克質(zhì)量要大得多。由此可見，手征凝聚物形成時，QCD會產(chǎn)生自發(fā)手征對稱破缺。其他QCD相可能會以其他方式破壞手征味對稱。

守恒定律絕對守恒的味量子數(shù)有：

電荷（Q）

弱同位旋（I3）

重子數(shù)（B）

輕子數(shù)（L）

在一些理論中，如果子（B-L）守恒的話，重子數(shù)及輕子數(shù)的守恒能被個別破壞。其他味量子數(shù)守恒都被弱電相互作用作破壞。強相互作用中味守恒。

另見弱相互作用、CKM矩陣及CP破壞

量子色動力學、強CP問題及手征性

夸克、輕子及強子

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

杜強 - 高級工程師 - 中國科學院工程熱物理研究所