Mostra la font per a Càrrega feble

{{Model estàndard de física de partícules|Electroweak interaction}}En [[física nuclear]] i [[física atòmica]], '''càrrega feble''', o rarament '''càrrega feble neutra''', es refereix a l'acoblament [[Força nuclear feble|d'interacció feble]] [[Model estàndard de física de partícules|del model estàndard]] d'una partícula al [[Bosons W i Z|bosó Z.]] Per exemple, per a qualsevol isòtop nuclear donat, la càrrega feble total és d'aproximadament -0,99 per [[neutró]] i +0,07 per [[protó]]. També mostra un efecte de la [[Paritat (física)|violació de la paritat]] durant [[Dispersió d'electrons|la dispersió d'electrons]].<ref>{{Ref-publicació|article=Precision measurement of the weak charge of the proton|url=https://www.nature.com/articles/s41586-018-0096-0|publicació=Nature|data=2018-05|issn=1476-4687|pàgines=207–211|volum=557|exemplar=7704|doi=10.1038/s41586-018-0096-0|llengua=en|nom=D.|cognom=Androić|nom2=D. S.|cognom2=Armstrong|nom3=A.|cognom3=Asaturyan|nom4=T.|cognom4=Averett|nom5=J.|cognom5=Balewski}}</ref>

Aquest mateix terme també s'utilitza de vegades per referir-se a altres magnituds diferents, com ara ''[[Isoespín feble|isospin feble]]'',  ''[[hipercàrrega feble]]'' o l'acoblament vectorial d'un [[fermió]] al [[Bosons W i Z|bosó Z]] (és a dir, la força d'acoblament de [[Corrent neutre|corrents neutres febles]]).<ref>{{Ref-publicació|article=Weak charge and weak radius of C12|url=https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.102.022501|publicació=Physical Review C|data=2020|volum=102|exemplar=2|doi=10.1103/PhysRevC.102.022501|nom=Oleksandr|cognom=Koshchii}}</ref>

== Fórmules empíriques ==
Les mesures del 2017 donen la càrrega feble del protó com a {{Val|0.0719|0.0045}}.

La càrrega feble es pot sumar en nuclis atòmics, de manera que la càrrega feble prevista per a {{Sup|133}} [[Cesi|Cs]] (55 protons, 78 neutrons) és 55×(+0,0719) + 78×(−0,989) = −73,19, mentre que el valor determinat experimentalment, a partir de mesures de [[Paritat (física)|paritat violant]] la dispersió d'electrons, va ser de −72,58.<ref>{{Ref-web|url=https://arxiv.org/abs/1905.08283|títol=Precision Measurement of the Weak Charge of the Proton|consulta=22-12-2024|llengua=anglès}}</ref>

Un estudi recent va utilitzar quatre isòtops parells de [[Iterbi|l'iterbi]] per provar la fórmula {{Nowrap|{{mvar|Q}}{{sub|w}} {{=}} −0.989 {{mvar|N}} + 0.071 {{mvar|Z}} ,}} per a càrrega feble, amb {{Mvar|N}} corresponent al nombre de neutrons i {{Mvar|Z}} al nombre de protons. La fórmula es va trobar consistent al 0,1% de precisió utilitzant els isòtops de {{Sup|170}} [[Iterbi|Yb]], {{Sup|172}} [[Iterbi|Yb]], {{Sup|174}} [[Iterbi|Yb]] i {{Sup|176}} [[Iterbi|Yb]] [[Isòtops de l'iterbi|de l'iterbi]].

A la prova [[Iterbi|d'iterbi]], els àtoms van ser excitats per llum làser en presència de camps elèctrics i magnètics i es va observar la violació de la paritat resultant. La transició específica observada va ser la [[Línia prohibida|transició prohibida]] de 6s{{Sup|2}} [[símbol de terme|{{Sup|1}}S 0]] a 5d6s[[símbol de terme|{{Sup|3}}D1]] (24489 cm{{Sup|−1}}). Aquest últim estat es va barrejar, a causa de la interacció feble, amb 6s6p[[símbol de terme|{{Sup|1}}P1]] (25068 cm{{Sup|−1}}) en un grau proporcional a la càrrega nuclear feble.<ref>{{Ref-web|títol=How many kinds of "weak charges" exist?|url=https://physics.stackexchange.com/questions/262298/how-many-kinds-of-weak-charges-exist|consulta=2024-12-22|llengua=en}}</ref>

== Valors de partícules ==
Aquesta taula ofereix els valors de la càrrega elèctrica (l'acoblament al fotó, al qual es fa referència en aquest article com a <math>Q_\epsilon</math>. També s'enumeren la '''càrrega feble''' aproximada <math>Q_\mathsf{w}</math> (la part ''vectorial'' de la Z&nbsp;acoblament del bosó als fermions), ''[[Isoespín feble|isospin feble]]'' <math>T_3</math> (l'acoblament als [[Bosons W i Z|bosons W]]), ''[[hipercàrrega feble]]'' <math>Y_\mathsf{w}</math> (l'acoblament a la B&nbsp;bosó) i la Z aproximada&nbsp;factors d'acoblament del bosó ( <math>Q_\boldsymbol\mathsf{L}</math> i <math>Q_\boldsymbol\mathsf{R}</math> a la secció "Teòrica", a continuació).

Els valors de la taula són aproximats: són exactes per a les partícules les energies de les quals fan l'angle de mescla feble. <math>\ \theta_\mathsf{w} = 30^\circ\ ,</math> amb <math>\ \sin^2 \theta_\mathsf{w} = \tfrac{1}{4} ~.</math> Aquest valor està molt a prop de l'angle típic aproximat de 29º observat en acceleradors de partícules.
{| class="wikitable"
! rowspan="3" |Espín
{{Mvar|J}}
! rowspan="3" |Partícula(es)
! rowspan="2" |Càrrega dèbil
<math>Q_\mathsf{w}</math>
! rowspan="3" |Càrrega elèctrica
<math>Q ~ \mathsf{ or } ~ Q_{\epsilon}</math>
! colspan="2" rowspan="2" |Isospin dèbil
<math>T_3</math>
! colspan="2" rowspan="2" |Hipercàrrega dèbil
<math>Y_\mathsf{w}</math>
! colspan="2" |Acoblament
bosó Z
|-
! rowspan="2" |<math>2\ Q_\boldsymbol\mathsf{L}</math>{{Small|&nbsp;{{sc|Left}}&nbsp;}}
! rowspan="2" |<math>2\ Q_\boldsymbol\mathsf{R}</math>{{Small|{{sc|Right}}}}
|-
|{{Nowrap|{{small| {{=}} {{math|2}} {{mvar|Q}}{{sub|'''{{sc|L}}'''}} {{math|+ 2}} {{mvar|Q}}{{sub|'''{{sc|R}}'''}} }}}}
!{{Small|&nbsp;{{sc|Left}}&nbsp;}}
!{{Small|{{sc|Right}}}}
!{{Small|&nbsp;{{sc|Left}}&nbsp;}}
!{{Small|{{sc|Right}}}}
|-
|{{Math|{{sfrac| 1 |2}}}}
|e{{Sup|−}},{{Math|μ{{sup|−}}}}, {{Math|τ{{sup|−}}}}
[[electró]], [[muó]], [[Tau (lletra grega)|tau]]
|{{Small|{{nobr| −1 + 4 sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|{{Math|−1}}
|{{Math|{{sfrac|−| 1 |2}}}}
|{{Math|0}}
|{{Math|−1}}
|{{Math|−2}}
|{{Small|{{nobr| −1 + 2 sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|{{Small|{{nobr| 2 sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|-
|{{Math|{{sfrac| 1 |2}}}}
|u, c, t
quarks
|{{Small|{{nobr| +1 − {{sfrac| 8 |3}} sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|{{Math|{{sfrac|+| 2 |3}}}}
|{{Math|{{sfrac|+| 1 |2}}}}
|{{Math|0}}
|{{Math|{{sfrac|+| 1 |3}}}}
|{{Math|{{sfrac|+| 4 |3}}}}
|{{Small|{{nobr| 1 − {{sfrac| 4 |3}} sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|{{Small|{{nobr| {{sfrac|−| 4 |3}} sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|-
|{{Math|{{sfrac| 1 |2}}}}
|d, s, b
quarks
|{{Small|{{nobr| −1 + {{sfrac| 4 |3}} sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|{{Math|{{sfrac|−| 1 |3}}}}
|{{Math|{{sfrac|−| 1 |2}}}}
|{{Math|0}}
|{{Math|{{sfrac|+| 1 |3}}}}
|{{Math|{{sfrac|−| 2 |3}}}}
|{{Small|{{nobr| −1 + {{sfrac| 2 |3}} sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|{{Small|{{nobr| {{sfrac|+| 2 |3}} sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|-
|{{Math|{{sfrac| 1 |2}}}}
|{{Math|&nu;{{sub|e}}}}, {{Math|&nu;{{sub|μ}}}}, {{Math|&nu;{{sub|τ}}}}
[[Neutrí|neutrins]]
|{{Math|+1}}
|{{Math|&nbsp; 0}}
|{{Math|{{sfrac|+|1|2}}}}
|
|{{Math|−1}}
|0
|{{Math|+1}}
|0
|-
|{{Math|1}}
|{{Math|g}}, {{Math|&gamma;}}, {{Math|Z}},
[[gluó]], [[fotó]], bosó Z
| colspan="8" |{{big|{{math|0}}}}
|-
|{{Math|1}}
|W{{Sup|+}}
[[Bosons W i Z|bosó W]]
|{{Small|{{nobr| +2 − 4 sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|{{Math|+1}}
| colspan="2" |{{Math|+1}}
| colspan="2" |{{Math|0}}
| colspan="2" |{{Small|{{nobr| +2 − 4 sin{{sup|2}} {{mvar|θ}}{{sub|w}} }} }}
|-
|{{Math|0}}
|H{{Sup|0}}
[[Bosó de Higgs|bosó Higgs]]
|{{Math|−1}}
|{{Math|0}}
| colspan="2" |{{Math|{{sfrac|−| 1 |2}}}}
| colspan="2" |{{Math|+1}}
| colspan="2" |{{Math|−1}}
|}
Per concisió, la taula omet les antipartícules. Cada partícula llistada (excepte els bosons sense càrrega, el [[fotó]], [[Bosons W i Z|el bosó Z]], [[Gluó|el gluó]] i [[Bosó de Higgs|el bosó de Higgs]]  que són les seves pròpies antipartícules) té una antipartícula amb massa idèntica i càrrega oposada. Tots els signes diferents de zero de la taula s'han d'invertir per a les antipartícules. Les columnes aparellades etiquetades {{Smallcaps all|left}} i {{Smallcaps all|right}} per als fermions (les quatre files superiors), s'han d'intercanviar a més d'invertir els seus signes.

Tots els fermions esquerrans (regulars) i els antifermions dretans tenen <math>\ T_3 = \pm\tfrac{1}{2}\ ,</math> i, per tant, interactuen amb el [[Bosons W i Z|bosó W.]] Se'ls podria referir com a ''mà "adequada"''. Els fermions de la mà dreta i els antifermions de la mà esquerra, en canvi, tenen zero isospin feble i, per tant, no interaccionen amb el [[Bosons W i Z|bosó W]] (excepte per a la interacció elèctrica); per tant, es podrien anomenar ''"mans equivocades"'' (és a dir, són ''"mans equivocades"'' per a les interaccions [[Bosons W i Z|W {{Sup|±}}]]). Els fermions de mans "adequades" s'organitzen en doblets d'isoespina, mentre que els fermions de mans "equivocades" es representen com a singlets d'isospin. Tot i que les partícules de mà "equivocada" no interaccionen amb el [[Bosons W i Z|bosó W]] (sense ''interaccions de corrent carregat'' ), tots els fermions de mà "equivocada" que se sap que existeixen ''interactuen'' amb el [[Bosons W i Z|bosó Z]] ( ''interaccions de corrent neutre'' ).

Mai no s'han observat neutrins de mà equivocada ([[Neutrí estèril|neutrins estèrils]]), però encara poden existir ja que serien invisibles per als detectors existents. Els neutrins estèrils tenen un paper important en les especulacions sobre la forma en què [[Neutrí|els neutrins tenen masses]] (vegeu [[Seesaw mechanism|el mecanisme Seesaw]]). La declaració anterior que el {{Math|Z{{sup|0}}}} interacciona amb ''tots'' els fermions necessitarà una excepció per als neutrins estèrils inserits, si mai es detecten experimentalment.

Els fermions massius, excepte (potser) els neutrins , sempre existeixen en una [[Superposició quàntica|superposició]] d'estats esquerrans i dretans, i mai en estats quirals purs. Aquesta mescla és causada per la interacció amb el [[Bosó de Higgs|camp de Higgs]], que actua com a font infinita i sumidor d'[[Isoespín feble|isospin feble]] i/o hipercàrrega, a causa del seu [[Valor d'expectació del buit|valor d'expectativa de buit]] diferent de zero (per a més informació vegeu [[Mecanisme de Brout-Englert-Higgs|el mecanisme de Higgs]]).

== Base teòrica ==
La fórmula per a la càrrega feble es deriva del model estàndard i ve donada per

<math display="block">~ Q_\mathsf{w} ~=~ 2 \, T_3 - Q_\epsilon \, 4 \, \sin^2 \theta_\mathsf{w} ~\approx~ 2 \, T_3 - Q_\epsilon \;, \qquad \mathsf{ or } \qquad ~ Q_\mathsf{w} + Q_\epsilon ~\approx~ 2 \, T_3 ~=~ \pm 1 ; ~</math>on<math>~ Q_\mathsf{w} ~</math> és la càrrega feble,  <math>T_3</math> és la isospina feble,  <math>\theta_\mathsf{w}</math> és l'[[Weak mixing angle|angle de mescla feble i]] <math>\, Q_\epsilon \,</math> és la [[càrrega elèctrica]]. L'aproximació de la càrrega feble sol ser vàlida, ja que l'angle de mescla feble normalment és de {{Nowrap|29° ≈ 30° ,}} i <math>\ 4 \sin^2 30^\circ = 1\ ,</math> i <math>\; 4 \sin^2 29^\circ \approx 0.940\ ,</math> una discrepància de només una mica més d' {{Nowrap|1 in 17 .}}

== Referències ==
{{Referències}}

[[Categoria:Física nuclear]]