Majorana费米子

更新时间:2022-10-25 09:03

量子场论中设想可能存在的一类费米子,这种费米子的反粒子是自己本身。如果存在这种基本粒子的费米子,意味着将破坏费米子数守恒。

定义

Majorana费米子的拉氏量密度一般可以如下给出:

其中为一个两分量的旋量场。上式所诱导出的动力学方程如下:

一般我们把满足上述动力学方程的两分量旋量场成为Majorana费米子场,其所对应的粒子就是Majorana费米子。

性质

Majorana费米子的反粒子就是自身,也就是说如果有Majorana型的基本粒子存在,那么自然而然就会破坏轻子数守恒(一般认为不太可能有majorana型的夸克,因为这样要破坏过多与当今实验符合很好的对称性)。

在标准模型中,所有费米子的质量项都是或者(其中M可以是关于i指标的矩阵,如CKM、PMNS矩阵,意味着质量本征态与相互作用本征态不同,有味混合),这是Dirac型费米子质量,从而保证了标准模型中费米子结构以及夸克数、轻子数的守恒。而Majorana的质量项或将破坏费米子数守恒这一规律。

应用

随着中微子震荡实验的发现,人们开始认识到标准模型的不足,一般在标准模型中引入右手中微子的话,是有可能来引入右手中微子的Majorana质量项的。学界主流的给出中微子质量的一种跷跷板机制(see-saw mechanism)就是通过引入中微子的Majorana质量项从而得到轻的左手中微子和重的右手中微子。一般认为右手中微子是最有理论空间存在Majorana部分的基本粒子,但其Majorana质量项是否存在也一直是中微子领域最大的未解决问题之一。

近年来,凝聚态方向也在Majorana型费米子方面有很大进展,有实验已经观测到了“Majorana费米子”,不过这与基本粒子的意义不同,凝聚态上一般观测到的是类似声子准粒子;与其说是粒子,更像是震动模式。

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