Электрослабое взаимодействие

Стандартная модель Физики элементарных частиц

Большой адронный коллайдер Туннель ЦЕРН Тема физика элементарных частиц стандартные модели Квантовая теория поля калибровочной теории спонтанное нарушение симметрии Хиггсовский механизм Трехсторонние взаимодействия Электрослабое взаимодействие Квантовая хромодинамика CKM-матрица Ограничения Strong CP проблема иерархия проблема Neutrino oscillationы См. также: Физика за пределами стандартной модели Учёные Rutherford •Томсон •Chadwick •Bose •Сударшан •Koshiba •Дэвис-Младший •Андерсон •Fermi •Дирак •Feynman •Rubbia •Гелл-Манн •Kendall •Taylor • Фридман •Powell •P. W. Anderson •Glashow •Meer • Cowan •Намбу •Чемберлен •матрицы кабиббо •Schwartz •Perl • Majorana •Вайнберг •Lee •Ward •Salam •Кобаяси •Maskawa •Ян •Юкава •'т Хоофта •Вельтману •Gross •Politzer •/ • Кронин • Fitch • - Флековских •Higgs •Энглерт •Brout •Hagen •Гуральник  •Корма  • Ting • Рихтер

В физике элементарных частиц, электрослабое взаимодействе является единым описанием двух из четырех известных фундаментальных взаимодействий природы:

• Электромагнетизма,
• Электрослабого взаимодействия.

Хотя эти две силы появляются очень разные в повседневных низких энергиях, теории моделей представляют к два различных аспекта одной и той же силы. С унификацией энергии en:Electroweak_scale, порядка энергий выше энергии объединения (порядка 100 ГэВ en:Electronvolt) они соединяются в единое электрослабое взаимодействие. Таким образом, если Вселенная достаточно жарко (будет превышать температуры порядка 10¹⁵ K (°C = K − 273,15) (см. СИ (система единиц)), и температура будет превышаться до момента большого взрыва, то при энергиях выше энергии объединения (100 ГэВ) они соединятся в единое электрослабое взаимодействие.

За вклад в объединение слабого и электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами, Абдус Салам, Sheldon Glashow и Стивен Вайнберг были удостоены Нобелевской премии по физике в 1979 году.[1][2] Существование электрослабых взаимодействий было экспериментально установлено в два этапа; первый —открытие нейтральных токов в рассеянии нейтрино на Gargamelle сотрудничестве в 1973 году, а второй — в 1983 году UA1 и UA2 сотрудничестве, который предусматривал открытие W-и Z — калибровочных бозонов в Протон-антипротонных столкновениях при преобразованном супер-Протонном Синхротроне. В 1999 году, Герард 'т Хоофт и Мартинус Вельтман были удостоены Нобелевской премии за показ, что в электрослабой теории это перенормируемо.

Теория электрослабого взаимодействия

Теория электрослабого взаимодействия представляет собой созданную в конце 60-х годов 20-го века С. Вайнбергом, Ш. Глэшоу, А. Саламом единую (объединённую) теорию слабого и электромагнитного взаимодействий кварков и лептонов, осуществляемых посредством обмена четырьмя частицами — безмассовыми фотонами (электромагнитное взаимодействие) и тяжёлыми промежуточными векторными бозонами (слабое взаимодействие). Причём фотон и Z-бозон являются суперпозицией других двух частиц — B⁰ и W⁰:

$\gamma = B^0 \cdot \cos\theta_W + W^0 \cdot \sin\theta_W$

$Z^0 = -B^0 \cdot \sin\theta_W + W^0 \cdot \cos\theta_W$,

где $\theta_W$ — электрослабый угол (угол Вайнберга)

Таким образом, в этой теории постулируется, что электромагнитное и слабое взаимодействия — это различные проявления одной силы.

Математически объединение осуществляется при помощи калибровочной группы SU(2) × U(1). Соответствующие калибровочные бозоны — фотон (электромагнитное взаимодействие) и W- и Z-бозоны (слабое взаимодействие). В Стандартной модели калибровочные бозоны слабого взаимодействия получают массу из-за спонтанного нарушения электрослабой симметрии от $SU(2)\times SU(1)_Y$ к $SU(1)_{em}$, вызванного механизмом Хиггса (см. также Хиггсовский бозон). Нижние индексы используются, чтобы показать, что существуют различные варианты $SU(1)$; генератор $SU(1)_{em}$ дается выражением $Q = Y/2 + I_3$, где Y — генератор $SU(1)_Y$ (названный гиперзаряд), а $I_3$ — один из генераторов $SU(2)$ (компонент изоспина). Различие между электромагнетизмом и слабым взаимодействием появляется вследствие (нетривиальной) линейной комбинации Y и $I_3$, которая исчезает для бозона Хиггса (это собственное состояние как Y, так и $I_3$): $SU(1)_{em}$ определяется как группа, генерируемая именно этой линейной комбинацией, и не подвергается спонтанному нарушению симметрии, поскольку не взаимодействует с бозоном Хиггса.

История

За вклад в объединение слабого и электромагнитного взаимодействий элементарных частиц Шелдону Глэшоу, Стивену Вайнбергу и Абдусу Саламу была присуждена Нобелевская премия по физике за 1979 г. Существование электрослабых взаимодействий было экспериментально установлено в две стадии: сначала были открыты нейтральные токи в совместном эксперименте Гаргамелла по рассеиванию нейтрино в 1973 г., а затем совместные эксперименты UA1 и UA2 в 1983 г. доказали существование W и Z калибровочных бозонов при помощи протон-антипротонных столкновений на ускорителе SPS (Super Proton Synchrotron, протонный суперсинхротрон).

Литература

• Электрослабое взаимодействие — статья из Физической энциклопедии

См. также

• Фундаментальные силы
• Угол Вайнберга
• Унитарный датчик
• Стандартная модель
• Калибровочный бозон
• Механизм Хиггса
• Нерешённые проблемы современной физики