กระแสแกน
ในฟิสิกส์อนุภาคกระแสแกน (axial current ) หรือเรียกอีกอย่างว่า กระแสเวกเตอร์เทียม (pseudo-vector current) หรือ กระแส ไครัล (chiral current) คือกระแสอนุรักษ์ที่เกี่ยวข้องกับสมมาตรไครัลหรือสมมาตรแกนของระบบ
ต้นทาง
ตามทฤษฎีบทของ Noether สมมาตรแต่ละอย่างของระบบจะเกี่ยวข้องกับปริมาณอนุรักษ์[ 1 ] [ 2 ]ตัวอย่างเช่นความไม่แปรเปลี่ยนของการหมุนของระบบหมายถึงการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมหรือความไม่แปรเปลี่ยนของปริภูมิเวลาหมายถึงการอนุรักษ์พลังงาน-โมเมนตัม ในทฤษฎีสนามควอนตัมสมมาตรภายในยังส่งผลให้เกิดปริมาณอนุรักษ์ ตัวอย่างเช่นความไม่แปรเปลี่ยนของเกจU(1) ของQEDหมายถึงการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าในทำนองเดียวกัน หากทฤษฎีมีสมมาตรไครัลหรือสมมาตรแกนภายใน จะมีปริมาณอนุรักษ์ ซึ่งเรียกว่าประจุแกนนอกจากนี้ เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าประจุแกนที่เคลื่อนที่ก็ก่อให้เกิดกระแสแกน
คำนิยาม
กระแสตามแนวแกนที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุตามแนวแกนนั้น นิยามอย่างเป็นทางการได้ดังนี้ , ที่ไหน คือสนามอนุภาคที่แสดงโดยสปินเนอร์ของ Dirac (เนื่องจากอนุภาคโดยทั่วไปเป็นเฟอร์มิออนที่มีสปิน -1/2 ) และและคือเมทริกซ์แกมมาของ Dirac [ 3 ]
เพื่อเป็นการเปรียบเทียบ กระแสแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากอนุภาคเคลื่อนที่ที่มีประจุไฟฟ้าคือ .
ความหมาย
ดังที่อธิบายไว้ข้างต้น กระแสแกนเป็นเพียงสิ่งที่เทียบเท่ากับกระแสแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับสมมาตรแกนแทนที่จะเป็นสมมาตร U(1) อีกมุมมองหนึ่งได้มาจากการระลึกว่า สมมาตรไครัลคือความไม่แปรเปลี่ยนของทฤษฎีภายใต้การหมุนสนาม และ (หรืออีกทางเลือกหนึ่ง) และ ), ที่ไหนแสดงถึงสนามมือซ้ายและคนถนัดขวา จากข้อเท็จจริงนี้ รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าและคำจำกัดความของจากที่กล่าวมาข้างต้น จะเห็นได้ว่ากระแสแกนคือผลต่างระหว่างกระแสที่เกิดจากเฟอร์มิออนมือซ้ายและกระแสที่เกิดจากเฟอร์มิออนมือขวา ในขณะที่กระแสแม่เหล็กไฟฟ้าคือผลรวมของทั้งสองอย่าง
สมมาตรไครัลแสดงโดยทฤษฎีเกจ เวกเตอร์ ที่มีเฟอร์มิออนไร้มวล เนื่องจากไม่มีเฟอร์มิออนไร้มวลที่รู้จักในธรรมชาติ สมมาตรไครัลจึงเป็นเพียงสมมาตรโดยประมาณในทฤษฎีพื้นฐาน และกระแสแกนไม่ได้รับการอนุรักษ์ (หมายเหตุ: การแตกของสมมาตรไครัลอย่างชัดเจนโดยมวลที่ไม่เป็นศูนย์นี้ไม่ควรสับสนกับการแตกของสมมาตรไครัลโดยธรรมชาติ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์แฮดรอนิก ) ผลที่สำคัญประการหนึ่งของการไม่ได้รับการอนุรักษ์ดังกล่าวคือการสลายตัวของไพอน กลาง และความผิดปกติไครัล[ 4 ] ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับความกว้างของการสลายตัว ของไพ อน[ 5 ] [ 6 ]
แอปพลิเคชัน
กระแสแกนเป็นส่วนสำคัญของแบบจำลองที่ใช้อธิบาย ปฏิกิริยา การกระเจิงพลังงานสูงในปฏิกิริยาดังกล่าว อนุภาคสองตัวจะกระเจิงออกจากกันโดยการแลกเปลี่ยนโบซอน แรง เช่นโฟตอนจะเกิดการกระเจิงทางแม่เหล็กไฟฟ้า (ดูรูปประกอบ)

ภาคตัดขวางสำหรับปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูดการกระเจิงซึ่งกำหนดโดยผลคูณของตัวแพร่ โบซอนคูณ ด้วยกระแสสองกระแสที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ชนกันสองอนุภาค[ 7 ]ดังนั้น กระแส (แกนหรือแม่เหล็กไฟฟ้า) จึงเป็นหนึ่งในสองส่วนประกอบที่จำเป็นในการคำนวณการกระเจิงพลังงานสูงอีกส่วนหนึ่งคือตัวแพร่ โบ ซอน
ในการกระเจิง ของอิเล็กตรอน-นิวคลีออน (หรือโดยทั่วไปแล้ว การกระเจิงของ เลปตอน ที่มีประจุ - แฮดรอน / นิวเคลียส ) กระแสแกนจะให้ ส่วนของ หน้าตัดที่ขึ้นอยู่กับสปิน [ 8 ] (ส่วนของหน้าตัดเฉลี่ยสปินมาจากกระแสแม่เหล็กไฟฟ้า[ 7 ] )
ใน การกระเจิงของ นิวตริโน -นิวคลีออน นิวตริโนจะจับคู่กันผ่านกระแสแกนเท่านั้น จึงเข้าถึงข้อมูลโครงสร้างนิวคลีออนที่แตกต่างจากเลปตอนที่มีประจุ[ 9 ]
ไพอนที่เป็นกลางจะเกิดการเชื่อมต่อกันผ่านกระแสแกนเท่านั้น เนื่องจากไพอนเป็น อนุภาค แบบเพสโดสเกลาร์และเพื่อให้เกิดแอมพลิจูด (ปริมาณสเกลาร์) ไพอนจะต้องเชื่อมต่อกับวัตถุเพสโดสเกลาร์อื่น เช่น กระแสแกน (ไพอนที่มีประจุสามารถเชื่อมต่อกันผ่านกระแสแม่เหล็กไฟฟ้าได้เช่นกัน)