Слабо взаимодействие.ДОФизиката се придвижи бавно към идентифициране на съществуването на слабото взаимодействие. Слабата сила е отговорна за разпада на частиците; и следователно неговото проявление се сблъска с откриването на радиоактивността и изследването на бета-разпадането.
Бета разпадът е открит в най-висока степенстранна особеност. Изследванията доведоха до заключението, че този разпад изглежда нарушава един от основните закони на физиката - закона за запазване на енергията. Изглеждаше, че част от енергията изчезваше някъде. За да „запази“ закона за запазване на енергията, У. Паули предположи, че по време на бета-разпада друга частица излита заедно с електрона, отнасяйки със себе си липсващата енергия. Той е неутрален и има необичайно висока проникваща способност, поради което не може да бъде наблюдаван. Е. Ферми нарича невидимата частица "неутрино".
Но предсказването на неутрино е само началото на проблема, неговата формулировка. Беше необходимо да се обясни природата на неутриното, но тук оставаше много мистерия. Факт е, че електроните и неутриното се излъчват от нестабилни ядра. Но неопровержимо е доказано, че вътре в ядрата няма такива частици. За тяхното възникване се предполагаше, че електроните и неутриното не съществуват в ядрото в „готова форма“, а по някакъв начин се образуват от енергията на радиоактивното ядро. Допълнителни изследвания показаха, че неутроните, включени в ядрото, оставени на собствените си устройства, след няколко минути се разпадат на протон, електрон и неутрино, т.е. вместо една частица се появяват три нови. Анализът доведе до заключението, че известни сили не могат да причинят такова разпадане. Очевидно е генериран от някаква друга, неизвестна сила. Изследванията показват, че тази сила съответства на някакво слабо взаимодействие.
Слабото взаимодействие е значително по-малко по величина от всички

взаимодействия, различни от гравитационните, и в системите, където присъства, неговите ефекти са засенчени от електромагнитни и силни взаимодействия. В допълнение, слабото взаимодействие се разпространява на много малки разстояния. Радиусът на слабото взаимодействие е много малък. Слабото взаимодействие спира на разстояние по-голямо от 10-16 cm от източника и следователно не може да повлияе на макроскопични обекти, а е ограничено до микрокосмоса, субатомните частици. Когато започна лавинообразното откриване на много нестабилни субядрени частици, беше открито, че повечето от тях участват в слаби взаимодействия.

Силно взаимодействие. ПоследноСред фундаменталните взаимодействия е силното взаимодействие, което е източник на огромна енергия. Най-типичният пример за енергия, освободена от силното взаимодействие, е Слънцето. В дълбините на Слънцето и звездите непрекъснато протичат термоядрени реакции, причинени от силни взаимодействия. Но човекът също се е научил да освобождава силно взаимодействие: създаден водородна бомба, са проектирани и подобрени технологии за контролирана термоядрена реакция.
Физиката стигна до идеята за съществуването на силно взаимодействие по време на изследването на структурата на атомното ядро. Известна сила трябва да задържи положително заредените протони в ядрото, предотвратявайки ги да отлетят под въздействието на електростатично отблъскване. Гравитацията е твърде слаба, за да осигури това; Очевидно е необходимо някакво взаимодействие, при това по-силно от електромагнитното. Впоследствие беше открито. Оказа се, че въпреки че силното взаимодействие значително надвишава всички други фундаментални взаимодействия по своята величина, то не се усеща извън ядрото. Както в случая на слабо взаимодействие, обхватът на действие нова силасе оказа много малък: силното взаимодействие се проявява на разстояние, определено от размера на ядрото, т.е. приблизително 10-13 cm Освен това се оказа, че не всички частици изпитват силно взаимодействие. Така протоните и неутроните го изпитват, но електроните, неутриното и фотоните не са подложени на него. Обикновено само тежки частици участват в силни взаимодействия. Той е отговорен за образуването на ядра и много взаимодействия елементарни частици.
Теоретичното обяснение на природата на силното взаимодействие беше трудно да се развие. Пробивът се появява едва в началото на 60-те години, когато е предложен кварковият модел. В тази теория неутроните и протоните се разглеждат не като елементарни частици, а като съставни системи, изградени от кварки.



Гравитационно взаимодействиесъществува между всички елементарни частици и определя гравитационното привличане на всички тела едно към друго на всяко разстояние (вж. Универсална гравитациязакон); тя е незначителна в физически процесив микрокосмоса, но играе основна роля, например в космогонията. Слабо взаимодействиесе проявява само на разстояния от около 10-18 m и предизвиква процеси на разпад (например бета-разпад на някои елементарни частици и

ядра). Електромагнитно взаимодействие съществува на всяко разстояние между елементарни частици с електрически заряд или магнитен момент; по-специално, той определя връзката между електроните и ядрата в атомите и също така е отговорен за всички видове електромагнитно излъчване. Силното взаимодействие се проявява на разстояния около 10-15 m и определя съществуването на атомни ядра.

СЛАБО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ- една от четирите известни фондации. взаимодействиямежду . С.в. много по-слаби от силните и ел-магнитни. взаимодействия, но много по-силни от гравитационните. През 80-те години Установено е, че слаб и ел-магн. взаимодействия – разл. прояви на единичен електрослабо взаимодействие.

Интензивността на взаимодействията може да се съди по скоростта на процесите, които предизвиква. Обикновено скоростите на процесите се сравняват една с друга при енергии GeV, характерни за физиката на елементарните частици. При такива енергии процесът, причинен от силното взаимодействие, протича за време s, el-magn. процес във времето, характерното време на процесите, протичащи поради слънчевата енергия. (слаби процеси), много повече:c, така че в света на елементарните частици слабите процеси протичат изключително бавно.

Друга характеристика на взаимодействието са частиците в материята. Силно взаимодействащи частици (адрони) могат да бъдат задържани от желязна плоча с няколко дебелини. десетки сантиметри, докато неутрино, което притежава само голяма скорост, би преминало, без да претърпи нито един сблъсък, през желязна плоча с дебелина около милиард километра. Гравитацията е още по-слаба. взаимодействие, чиято сила при енергия от ~ 1 GeV е 10 33 пъти по-малка от тази на S. v. Въпреки това, обикновено ролята на гравитацията. взаимодействията са много по-забележими от ролята на С. век. Това се дължи на факта, че гравитационните взаимодействието, подобно на електромагнитното взаимодействие, има безкрайно голям обхват на действие; следователно, например, гравитационните сили действат върху телата, разположени на повърхността на Земята. привличането на всички атоми, които изграждат Земята. Слабото взаимодействие има много кратък обхват на действие: прибл. 2*10 -16 cm (което е с три порядъка по-малко от радиуса на силно взаимодействие). В резултат на това, например, S. v. между ядрата на два съседни атома, разположени на разстояние 10 -8 cm е пренебрежимо малка, несравнимо по-слаба не само от електромагнитната, но и от гравитационната. взаимодействия между тях.

Въпреки това, въпреки малкия размер и краткото действие, S. век. играе много важна роля в природата. Така че, ако беше възможно да се „изключи“ слънчевата енергия, тогава Слънцето щеше да изгасне, тъй като процесът на превръщане на протон в неутрон, позитрон и неутрино би бил невъзможен, в резултат на което четири протона се превръщат в 4 Той, два позитрона и две неутрино. Този процес служи като основен източник на енергия от Слънцето и повечето звезди (вж Цикъл на водорода).Процеси на С. век. с излъчването на неутрино обикновено са изключително важни в еволюция на звездите, защото причиняват загуба на енергия от много горещи звезди при експлозии свръхновис образуването на пулсари и т.н. Ако нямаше слънчева енергия, мюоните, мезоните и странните и очаровани частици, които се разпадат в резултат на слънчевата енергия, биха били стабилни и широко разпространени в обикновената материя. Такава голяма роля на SE се дължи на факта, че тя не е обект на редица забрани, характерни за силна и ел-магнитна сила. взаимодействия. По-специално, S. v. трансформира заредени лептони в неутрино и един вид (аромат) в кварки от други видове.

Интензивността на слабите процеси нараства бързо с увеличаване на енергията. така че неутрон бета разпад, освобождаването на енергия в Krom е малко (~1 MeV), продължава прибл. 10 3 s, което е 10 13 пъти по-голямо от времето на живот на хиперон, освобождаването на енергия по време на разпада му е ~100 MeV. Напречното сечение на взаимодействие с нуклони за неутрино с енергия ~100 GeV е прибл. милион пъти повече, отколкото за неутрино с енергия ~1 MeV. Според теоретичните Според идеите нарастването на напречното сечение ще продължи до енергии от порядъка на няколко. стотици GeV (в системата на инерционния център на сблъскващи се частици). При тези енергии и при големи трансфери на инерция, ефектите, свързани със съществуването на междинни векторни бозони. При разстояния между сблъскващи се частици, много по-малки от 2*10 -16 cm (дължината на вълната на Compton на междинните бозони), S.v. и ел-магн. взаимодействията имат почти еднаква интензивност.

Наиб. общ процес, причинен от S. век - бета разпадрадиоактивни атомни ядра. През 1934 г. Е. Ферми изгражда теория за разпадането, включваща определени същества. модификации залегнали в основата на последвалата теория за т.нар. универсална локална четирифермионна система. (взаимодействия на Ферми). Според теорията на Ферми, електронът и неутриното (по-точно), излизащи от радиоактивното ядро, не са били в него преди, а са възникнали в момента на разпадане. Това явление е подобно на излъчването на фотони с ниска енергия (видима светлина) от възбудени атоми или фотони с висока енергия (кванти) от възбудени ядра. Причината за такива процеси е взаимодействието на електричеството. частици с ел-магн. поле: движеща се заредена частица създава електромагнитен ток, който смущава електрическия магнит. поле; В резултат на взаимодействието частицата предава енергия на квантите на това поле - фотони. Взаимодействие на фотони с ел-магн. ток се описва с израза А. тук д- елементарни електрически заряд, който е постоянен ел-магн. взаимодействия (вж Константа на взаимодействие), А- оператор на фотонно поле (т.е. оператор на създаване и унищожаване на фотон), j em - оператор на плътност el-magn. ток (Често изразът за електромагнитен ток включва и множителя д.) Всички такси допринасят за j em. частици. Например терминът, съответстващ на електрона, има формата:, където е операторът на унищожаването на електрон или раждането на позитрон, и е операторът на раждането на електрон или унищожаването на позитрон. [За простота не е показано по-горе, че j um, както и А, е четириизмерен вектор. По-точно, вместо това трябва да напишете набор от четири израза, където - матрица на Дирак,= 0, 1, 2, 3. Всеки от тези изрази се умножава по съответния компонент на четиримерния вектор.]

Взаимодействието описва не само излъчването и поглъщането на фотони от електрони и позитрони, но и процеси като създаването на двойки електрон-позитрон от фотони (виж. Раждане на двойки) или анихилациятези двойки във фотони. Обмен на фотони между два заряда. частици води до тяхното взаимодействие помежду си. В резултат например настъпва разсейване на електрон от протон, което е показано схематично Диаграма на Файнман, представена на фиг. 1. Когато протон в ядрото преминава от едно ниво на друго, същото взаимодействие може да доведе до раждането на двойка електрон-позитрон (фиг. 2).

Теорията за разпада на Ферми е по същество подобна на ел-магнитната теория. процеси. Ферми основава теорията на взаимодействието на два „слаби тока“ (вж. Текущв квантовата теория на полето), но взаимодействащи помежду си не на разстояние чрез обмен на частица - квант на полето (фотон в случай на електромагнитно взаимодействие), а контактно. Това е взаимодействието между четири фермионни полета (четири фермиона p, n, e и неутрино v) в съвременните времена. нотацията има формата: . тук Г Ф- Константа на Ферми или константа на слабо четирифермионно взаимодействие, експериментална. значение на рязане erg*cm 3 (стойността има размерността на квадрата на дължината, а в единици е константа , Къде М- маса на протона), - оператор за раждане на протон (антипротонна анихилация), - оператор за неутронна анихилация (антинеутронно раждане), - оператор за раждане на електрон (позитронна анихилация), v - оператор на разрушаване на неутрино (раждане на антинеутрино). (Тук и занапред операторите на създаване и унищожаване на частици са обозначени със символите на съответните частици, изписани с получер шрифт.) Токът, който превръща неутрона в протон, впоследствие се нарича нуклон, а токът - лептон. Ферми постулира това като ел-магн. ток, слабите токове също са четириизмерни вектори: Следователно взаимодействието на Ферми се нарича. вектор.

Подобно на раждането на двойка електрон-позитрон (фиг. 2), разпадането на неутрон може да бъде описано с подобна диаграма (фиг. 3) [античастиците са маркирани със символ "тилда" над символите на съответните частици ]. Взаимодействието на лептонни и нуклонни токове би трябвало да доведе до други процеси, напр. към реакция (фиг. 4), на пара (фиг. 5) и и т.н.

Същества Разликата между слабите токове и електромагнитните е, че слабият ток променя заряда на частиците, докато електрическият ток променя заряда на частиците. токът не се променя: слабият ток превръща неутрона в протон, електрона в неутрино, а електромагнитният оставя протона като протон и електрона като електрон. Следователно слабите токии ев се наричат. заредени токове. Според тази терминология обикновен електрически магнит. нейният ток е неутрален ток.

Теорията на Ферми се основава на резултатите от три различни изследвания. области: 1) експериментални. изследване на самия С. век (-разпад), което доведе до хипотезата за съществуването на неутрино; 2) експеримент. изследване на силната сила (), което доведе до откриването на протоните и неутроните и разбирането, че ядрата са направени от тези частици; 3) експеримент. и теоретичен ел-магнитни изследвания взаимодействия, в резултат на което е положена осн квантова теорияполета. По-нататъшното развитие на физиката на елементарните частици многократно потвърждава плодотворната взаимозависимост на изследванията на силните, слабите и ел-магнитните полета. взаимодействия.

Теорията на универсалния четирифермион св. се различава от теорията на Ферми по редица начини и точки. Тези различия, установени през следващите години в резултат на изучаването на елементарните частици, се свеждат до следното.

Хипотезата, че С. в. не запазва паритета, беше предложено от Lee Tsung-Dao и Yang Chen Ning през 1956 г. с теоретични изследване на гниенето К-мезони;скорошен провал Р- и C-четностите са открити експериментално при разпадането на ядрата [Bu Chien-Shiung и сътрудници], при разпадането на мюона [R. Гарвин (R. Garwin), Л. Ледерман (L. Lederman), В. Телегди (V. Telegdi), Дж. Фридман (J. Friedman) и др.] и в разпадите на други частици.

Обобщавайки огромен експеримент. материал, М. Гел-Ман, П. Файнман, П. Маршак и Е. Сударшан през 1957 г. предлагат теорията за универсалната С. в. - т.нар. V- А- теория. Във формулировка, базирана на кварковата структура на адроните, тази теория е, че общият слабо зареден ток j u е сумата от лептонните и кварковите токове, като всеки от тези елементарни токове съдържа една и съща комбинация от матрици на Дирак:

Както се оказа по-късно, зарядното устройство. Лептонният ток, представен в теорията на Ферми с един член, е сумата от три члена: и всеки от известните заряди. лептони (електрон, мюон и тежък лептон) е включена в таксата. в момента с вашия неутрино.

Зареждане адронният ток, представен от термина в теорията на Ферми, е сумата от кварковите токове. До 1992 г. бяха известни пет вида кварки , от който са изградени всички известни адрони и се предполага съществуването на шести кварк ( tс Q=+ 2/3). Заредените кваркови токове, както и лептоновите токове, обикновено се записват като сбор от три члена:

Тук обаче има линейни комбинации от оператори d, s, b, така че зареденият кварков ток се състои от девет члена. Всеки от токовете е сума от векторни и аксиални токове с коефициенти, равни на единица.

Коефициентите на девет заредени кваркови тока обикновено се представят като матрица 3x3, чиито краища са параметризирани от три ъгъла и фазов фактор, характеризиращ смущението СР-инвариантностпри слаби разпади. Тази матрица се нарича Матрици Кобаяши - Маскава (М. Кобаяши, Т. Маскава).

Lagrangian S. v. заредените токове имат формата:

Eater, conjugated и др.). Това взаимодействие на заредени токове количествено описва огромен брой слаби процеси: лептонни, полулептонни ( и др.) и нелептонни ( , и т.н.). Много от тези процеси са открити след 1957 г. През този период са открити и две фундаментално нови явления: нарушение на CP инвариантността и неутрални токове.

Нарушаването на CP инвариантността е открито през 1964 г. в експеримент на J. Christenson, J. Cronin, V. Fitch и R. Turley, които наблюдават разпадане на дългоживеещи K° мезони на два мезона. По-късно се наблюдава нарушение на CP инвариантността и при полулептонни разпадания. За да се изясни природата на CP-неинвариантното взаимодействие, би било изключително важно да се намери k-l. CP-неинвариантен процес при разпадане или взаимодействие на други частици. По-специално, голям интерес представлява търсенето на неутронния диполен момент (наличието на който би означавало нарушение на инвариантността по отношение на обръщане на времето, и следователно, съгласно теоремата SRTи CP-инвариантност).

Съществуването на неутрални токове е предсказано от единната теория за слабите и електрическите токове. взаимодействия, създадени през 60-те години. Ш. Глашоу, С. Вайнберг, А. Салам и др. и по-късно получава името. стандартна теория на електрослабото взаимодействие. Според тази теория S. v. не е контактно взаимодействие на токове, а се осъществява чрез обмен на междинни векторни бозони ( W +, W -, Z 0) - масивни частици със спин 1. В този случай бозоните осъществяват зарядово взаимодействие. токове (фиг. 6) и Z 0-бозоните са неутрални (фиг. 7). В стандартната теория три междинни бозона и един фотон са векторни кванти, т.нар. габаритни полета, действащ при асимптотично големи трансфери на четириизмерен импулс ( , m z, Къде m w, m z- маси У- и Z-бозони в енергетиката. единици) са напълно равни. Неутралните токове са открити през 1973 г. при взаимодействието на неутрино и антинеутрино с нуклони. По-късно бяха открити процесите на разсейване на мюонно неутрино от електрон, както и ефектите на незапазване на паритета при взаимодействието на електрони с нуклони, причинени от електронно неутралния ток (тези ефекти бяха наблюдавани за първи път в експерименти за незапазване на паритета в атомни преходи, проведени в Новосибирск от Л. М. Барков и М. С. Золоторев, както и в експерименти за разсейване на електрони върху протони и дейтрони в САЩ).

Взаимодействието на неутралните токове се описва със съответния член в S.V. Lagrangian:

където е безразмерен параметър. В стандартната теория (експерименталната стойност p съвпада с 1 в рамките на един процент от експерименталната точност и точността на изчислението радиационни корекции). Общият слаб неутрален ток съдържа приноси от всички лептони и всички кварки:

Много важно свойство на неутралните токове е, че те са диагонални, т.е. пренасят лептони (и кварки) в себе си, а не в други лептони (кварки), както е при заредените токове. Всеки от 12-те неутрални тока на кварк и лептон е линейна комбинация от аксиалния ток с коеф. аз 3и векторен ток с коеф. , Къде аз 3- трета проекция на т.нар. слаб изотопно въртене, Q- заряд на частиците и - Ъгъл на Вайнберг.

Необходимостта от съществуването на четири векторни полета на междинни бозони W + , W -, Z 0и фотон Аможе да бъде обяснено по-нататък. начин. Както е известно, в ел-магн. взаимодействие електрически зарядът играе двойна роля: от една страна, той е запазена величина, а от друга, той е източник на електрически магнетизъм. поле, което взаимодейства между заредените частици (константа на взаимодействие д). Това е ролята на електричеството. зарядът се осигурява от калибровка, която се състои в това, че уравненията на теорията не се променят, когато вълновите функции на заредените частици се умножат по произволен фазов коефициент в зависимост от пространствено-времевата точка [местно симетрия U(1)], а в същото време ел-магн. полето, което е калибровъчно поле, претърпява трансформация. Трансформации на локални групи U(1) с един вид заряд и едно калиброво поле комутират едно с друго (такава група се нарича абелева). Посоченият имот е ел. зарядът служи като отправна точка за изграждането на теории и други видове взаимодействия. В тези теории запазените количества (например изотопно въртене) са едновременно източници на определени калибровъчни полета, които пренасят взаимодействията между частиците. В случай на няколко видове „заряди“ (например различни проекции на изотопния спин), когато са разделени. трансформациите не комутират една с друга (неабелева група трансформации), се оказва, че е необходимо да се въведат няколко. габаритни полета. (Множества от калибровъчни полета, съответстващи на локални неабелеви симетрии, се наричат Young-Mills полета.) По-специално, така че изотопно. въртене [на което местната група отговаря SU(2)]действали като константа на взаимодействие, са необходими три калибровъчни полета със заряди 1 и 0 Тъй като през S. век. участват заредени токове на двойки частици и т.н., тогава се смята, че тези двойки са дублети на слабата изоспинова група, т.е. групата SU(2). Инвариантност на теорията спрямо локални групови трансформации S.U.(2) изисква, както беше отбелязано, съществуването на триплет от безмасови калибровъчни полета W+, W - , W 0, чийто източник е слаб изоспин (константа на взаимодействие g). По аналогия със силното взаимодействие, при което свръхзаряд Yчастици, включени в изотопа. мултиплет, определен от f-loy Q = аз 3 + Y/2(Къде аз 3- трета проекция на изоспин, a Q- електрически заряд), заедно със слаб изоспин се въвежда слаб хиперзаряд. След това спестяване на електроенергия. заряд и слаб изоспин съответства на запазването на слаб хиперзаряд [група [ U(1)]. Слабият свръхзаряд е източник на неутрално калибровано поле B 0(константа на взаимодействие g"). Две взаимно ортогонални линейни суперпозиции на полета B°И W°описват фотонното поле Аи Z-бозонното поле:

Къде . Големината на ъгъла определя структурата на неутралните токове. Той също така определя връзката между константата ж, която характеризира взаимодействието на бозоните със слаб ток, и константата д, характеризиращ взаимодействието на фотон с електричество. токов удар:

За да може С. да е бил с малък обсег, междинните бозони трябва да са масивни, докато квантите на оригиналните калибровъчни полета - - безмасов. Според стандартната теория появата на маса в междинните бозони става, когато спонтанно нарушаване на симетрията SU(2) X U(1)до U(1) ем. Освен това, една от суперпозициите на полета B 0И W 0- фотон ( А) остава без маса, a- и Z-бозоните придобиват маси:

Нека експериментираме. бяха дадени данни за неутрални токове . Очакваните маси съответстваха на това У- и Z-бозони, съответно, и

За откриване У- и Z-бозоните са специално създадени. инсталации, в които тези бозони се раждат по време на сблъсъци на сблъскващи се високоенергийни лъчи. Първата инсталация влиза в експлоатация през 1981 г. в CERN. През 1983 г. се появиха съобщения за откриването на първите случаи на производство на междинни векторни бозони в CERN. Данните за раждане са публикувани през 1989 г У- И З-бозони в американския протон-антипротонен колайдер - Теватрон, в Националната ускорителна лаборатория на Ферми (FNAL). К кон. 1980 г пълен номер У- и Z-бозони, наблюдавани в протон-антипротонните колайдери в CERN и FNAL, наброяват стотици.

През 1989 г. започват да работят електрон-позитроиновите колайдери LEP в CERN и SLC в Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Особено успешна беше работата на LEP, където до началото на 1991 г. бяха регистрирани повече от половин милион случаи на производство и разпадане на Z бозони. Изследването на разпада на Z-бозон показа, че в природата не съществуват други неутрино, освен тези, които са били известни преди. Масата на Z-бозона е измерена с висока точност: t z = 91.173 0.020 GeV (масата на W бозона е известна със значително по-лоша точност: m w= 80,220,26 GeV). Проучване на имоти У- и Z-бозоните потвърдиха правилността на основната (калибровна) идея на стандартната теория за електрослабото взаимодействие. Въпреки това, за да се провери напълно теорията, е необходимо също така експериментално да се изследва механизмът на спонтанно нарушаване на симетрията. В рамките на стандартната теория източникът на спонтанно нарушаване на симетрията е специално изодублетно скаларно поле, което има специфичен самодействие , където е безразмерна константа, а константата h има размерността на масата . Минималната енергия на взаимодействие се постига при и следователно най-ниската енергия. състояние - вакуум - съдържа ненулева стойност на вакуумното поле. Ако този механизъм на нарушаване на симетрията наистина се среща в природата, то би трябвало да има елементарни скаларни бозони – т.нар. Хигс бозон(кванти на полето на Хигс). Стандартната теория предвижда съществуването на поне един скаларен бозон (той трябва да е неутрален). В по-сложните варианти на теорията има няколко. такива частици, а някои от тях са заредени (това е възможно). За разлика от междинните бозони, масите на бозоните на Хигс не се предсказват от теорията.

Калибровъчната теория на електрослабото взаимодействие е пренормируема: това означава, по-специално, че амплитудите на слабото и ел-магнитното взаимодействие. процесите могат да бъдат изчислени с помощта на теорията на смущенията, а по-високите корекции са малки, както при обикновените кванти (вж. Пренормируемост(За разлика от това, четирифермионната теория за променлива скорост не може да се пренормира и не е вътрешно последователна теория.)

Има теоретични модели Велико обединение, в която като група електрослабо взаимодействие и групата SU(3)силното взаимодействие са подгрупи от една група, характеризиращи се с една константа на калибровъчно взаимодействие. В още повече средства. модели тези взаимодействия се комбинират с гравитационни (т.нар свръхобединение).

Лит.:В Ц. С., Мошковски С. А., Бета разпад, прев. от англ., М., 1970; Вайнберг С., Единни теории за взаимодействие на елементарни частици, прев. от англ., УФН, 1976, кн. 3, стр. 505; Тейлър Дж., Калибровъчни теории за слаби взаимодействия, прев. от англ., М., 1978; По пътя към единна теория на полето. сб. изкуство, преводи, М., 1980; Окун Л. Б., Лептони и кварки, 2-ро издание, М., 1990 г. Л. Б. Окун.

Времето е като река, носеща преминаващи събития, и течението й е силно; Щом нещо се появи пред очите ви, то вече е отнесено и можете да видите нещо друго, което също скоро ще бъде отнесено.

Марк Аврелий

Всеки от нас се стреми да твори пълна картинасвят, включително картина на Вселената, от най-малките субатомни частици до най-големия мащаб. Но законите на физиката понякога са толкова странни и контраинтуитивни, че тази задача може да стане непосилна за тези, които не са станали професионални физици теоретични.

Читател пита:

Въпреки че това не е астрономия, може би можете да ми дадете намек. Силната сила се носи от глуони и свързва кварките и глуоните заедно. Електромагнитното поле се носи от фотони и свързва електрически заредени частици. Гравитацията се предполага, че се носи от гравитони и свързва всички частици с маса. Слабият се носи от W и Z частици и... е свързан с разпадане? Защо слабата сила е описана по този начин? Дали слабата сила е отговорна за привличането и/или отблъскването на някакви частици? И кои? И ако не, защо тогава е едно от фундаменталните взаимодействия, ако не е свързано с никакви сили? благодаря

Нека махнем основите от пътя. Има четири основни сили във Вселената - гравитация, електромагнетизъм, силна ядрена сила и слаба ядрена сила.


И всичко това е взаимодействие, сила. За частици, чието състояние може да се измери, прилагането на сила променя нейния момент - in обикновен животв такива случаи говорим за ускорение. И за три от тези сили това е вярно.

В случай на гравитация, общо количество енергия (най-вече маса, но това включва цялата енергия) огъва пространство-времето и движението на всички други частици се променя в присъствието на всичко, което има енергия. Ето как работи в класическата (неквантова) теория на гравитацията. Може би има по-обща теория, квантовата гравитация, където гравитоните се обменят, което води до това, което наблюдаваме като гравитационно взаимодействие.

Преди да продължите, моля, разберете:

  1. Частиците имат свойство или нещо присъщо за тях, което им позволява да усещат (или да не усещат) определен вид сила
  2. Други частици, осъществяващи взаимодействия, взаимодействат с първите
  3. В резултат на взаимодействията частиците променят своя момент или се ускоряват

В електромагнетизма основното свойство е електрическият заряд. За разлика от гравитацията, тя може да бъде положителна или отрицателна. Фотон, частица, която носи силата, свързана със заряд, кара еднаквите заряди да се отблъскват и разнородните заряди да привличат.

Струва си да се отбележи, че движещите се заряди или електрически токове изпитват друга проява на електромагнетизъм - магнетизъм. Същото се случва и с гравитацията и се нарича гравитомагнетизъм (или гравитоелектромагнетизъм). Няма да навлизаме по-дълбоко - въпросът е, че има не само заряд и носител на сила, но и токове.

Има и силно ядрено взаимодействие, което има три вида заряди. Въпреки че всички частици имат енергия и всички са обект на гравитация, и въпреки че кварките, половината лептони и двойка бозони съдържат електрически заряди - само кварките и глуоните имат цветен заряд и могат да изпитат силната ядрена сила.

Навсякъде има много маси, така че гравитацията е лесна за наблюдение. И тъй като силната сила и електромагнетизмът са доста силни, те също са лесни за наблюдение.

Но какво да кажем за последното? Слабо взаимодействие?

Обикновено говорим за това в контекста на радиоактивния разпад. Тежкият кварк или лептон се разпада на по-леки и по-стабилни. Да, слабото взаимодействие има нещо общо с това. Но в в този примертя е някак различна от другите сили.

Оказва се, че слабото взаимодействие също е сила, просто не се говори често за него. Тя е слаба! 10 000 000 пъти по-слаб от електромагнетизма на разстояние колкото диаметъра на протон.

Заредената частица винаги има заряд, независимо дали се движи или не. но електрически ток, създаден от него, зависи от движението му спрямо други частици. Токът определя магнетизма, който е толкова важен, колкото и електрическата част на електромагнетизма. Сложните частици като протона и неутрона имат значителни магнитни моменти, точно като електрона.

Кварките и лептоните се предлагат в шест вида. Кварки - top, bottom, strange, charmed, charming, true (според буквените им обозначения на латиница u, d, s, c, t, b - up, down, strange, charm, top, bottom). Лептони - електрон, електрон-неутрино, мюон, мюон-неутрино, тау, тау-неутрино. Всеки от тях има електрически заряд, но и аромат. Ако комбинираме електромагнетизма и слабата сила, за да получим електрослабата сила, тогава всяка от частиците ще има някакъв слаб заряд, или електрослаб ток, и слаба силова константа. Всичко това е описано в стандартния модел, но беше доста трудно да се тества, защото електромагнетизмът е толкова силен.

В нов експеримент, резултатите от който бяха публикувани наскоро, приносът на слабото взаимодействие беше измерен за първи път. Експериментът позволи да се определи слабото взаимодействие на кварките нагоре и надолу

И слабите заряди на протона и неутрона. Прогнозите на Стандартния модел за слаби такси бяха:

Q W (p) = 0,0710 ± 0,0007,
Q W (n) = -0,9890 ± 0,0007.

И въз основа на резултатите от разсейването, експериментът даде следните стойности:

Q W (p) = 0,063 ± 0,012,
Q W (n) = -0,975 ± 0,010.

Което много добре съвпада с теорията, имайки предвид грешката. Експериментаторите казват, че като обработват повече данни, те допълнително ще намалят грешката. И ако има изненади или несъответствия с Стандартен модел, ще е яко! Но нищо не показва това:

Следователно частиците имат слаб заряд, но ние не говорим за това, тъй като е нереално трудно да се измери. Но все пак го направихме и изглежда, че сме потвърдили отново Стандартния модел.

През 1896 г. френският учен Анри Бекерел открива радиоактивността в урана. Това беше първият експериментален сигнал за неизвестни досега природни сили - слабо взаимодействие. Сега знаем, че слабата сила стои зад много познати явления - например, тя участва в някои термоядрени реакции, които поддържат излъчването на Слънцето и други звезди.

Името „слабо“ дойде до това взаимодействие поради недоразумение - например за протон е 1033 пъти по-силно от гравитационното взаимодействие (вижте Гравитация, Единство на силите на природата). Това е по-скоро разрушително взаимодействие, единствената сила на природата, която не държи субстанцията заедно, а само я разрушава. Би могло да се нарече и „безпринципно“, тъй като при унищожаването то не взема предвид принципите на пространствения паритет и времевата обратимост, които се спазват от други сили.

Основните свойства на слабото взаимодействие станаха известни още през 30-те години на миналия век, главно благодарение на работата на италианския физик Е. Ферми. Оказа се, че за разлика от гравитационните и електрическите сили, слабите сили имат много малък обсег на действие. В онези години изглеждаше, че изобщо няма радиус на действие - взаимодействието се извършва в една точка на пространството и освен това мигновено. Това взаимодействие е виртуално (на кратко време) превръща всеки протон на ядрото в неутрон, позитрон в позитрон и неутрино и всеки неутрон в протон, електрон и антинеутрино. В стабилните ядра (вижте Атомно ядро) тези трансформации остават виртуални, като виртуалното създаване на двойки електрон-позитрон или двойки протон-антипротон във вакуум. Ако разликата в масите на ядрата, които се различават с един заряд, е достатъчно голяма, тези виртуални трансформации стават реални и ядрото променя заряда си с 1, излъчвайки електрон и антинеутрино (електронен β-разпад) или позитрон и неутрино (β-разпадане на позитрон). Неутроните имат маса, която надвишава с приблизително 1 MeV сумата от масите на протон и електрон. Следователно свободният неутрон се разпада на протон, електрон и антинеутрино, освобождавайки енергия от приблизително 1 MeV. Продължителността на живота на свободен неутрон е приблизително 10 минути, въпреки че в свързано състояние, например в деутрона, който се състои от неутрон и протон, тези частици живеят за неопределено време.

Подобно събитие се случва с мюона (виж Лептони) - той се разпада на електрон, неутрино и антинеутрино. Преди да се разпадне, мюонът живее около 10 -6 s - много по-малко от неутрон. Теорията на Ферми обяснява това с разликата в масите на участващите частици. Колкото повече енергия се отделя по време на гниенето, толкова по-бързо протича. Освобождаването на енергия по време на μ-разпад е около 100 MeV, приблизително 100 пъти по-голямо, отколкото по време на неутронно разпадане. Животът на една частица е обратно пропорционален на петата степен на тази енергия.

Както се оказа през последните десетилетия, слабото взаимодействие е нелокално, тоест не възниква моментално и не в един момент. Според съвременната теория слабото взаимодействие не се предава моментално, а виртуална двойка електрон - антинеутрино се ражда 10 -26 s след като мюонът се трансформира в неутрино и това се случва на разстояние 10 -16 cm , нито един микроскоп не може, разбира се, да измери толкова малко разстояние, точно както нито един хронометър не може да измери толкова малък интервал от време. Както почти винаги се случва, в съвременна физикатрябва да се задоволим с косвени данни. Физиците изграждат различни хипотези за механизма на процеса и тестват всякакви последствия от тези хипотези. Тези хипотези, които противоречат на поне един надежден експеримент, се отхвърлят и се провеждат нови експерименти, за да се проверят останалите. Този процес, в случая със слабото взаимодействие, продължи около 40 години, докато физиците се убедиха, че слабото взаимодействие се носи от свръхмасивни частици - 100 пъти по-тежки от протона. Тези частици имат спин 1 и се наричат ​​векторни бозони (открити през 1983 г. в CERN, Швейцария - Франция).

Има два заредени векторни бозона W +, W - и един неутрален Z 0 (иконата в горната част, както обикновено, показва заряда в протонни единици). Зареденият векторен бозон W - "работи" в разпада на неутрона и мюона. Ходът на мюонния разпад е показан на фиг. (горе, вдясно). Такива чертежи се наричат ​​диаграми на Фейнман; те не само илюстрират процеса, но и помагат за изчисляването му. Това е вид стенограма на формулата за вероятността от реакция; тук се използва само за илюстрация.

Мюонът се трансформира в неутрино, излъчвайки W бозон, който се разпада на електрон и антинеутрино. Освободената енергия не е достатъчна за действителното раждане на W бозона, така че той се ражда виртуално, т.е. за много кратко време. В този случай това е 10 -26 s. През това време полето, съответстващо на W-бозона, няма време да образува вълна или в противен случай реална частица (вижте Полета и частици). Образува се полеви съсирек с размери 10 -16 cm, от който след 10 -26 s се раждат електрон и антинеутрино.

За разпадането на неутрон би било възможно да се начертае същата диаграма, но тук вече ще ни подведе. Факт е, че размерът на неутрона е 10 -13 cm, което е 1000 пъти по-голямо от радиуса на действие на слабите сили. Следователно тези сили действат вътре в неутрона, където се намират кварките. Един от трите неутронни кварка излъчва W бозон, трансформирайки се в друг кварк. Зарядите на кварките в един неутрон са -1/3, -1/3 и +2/3, така че един от двата кварка с отрицателен заряд -1/3 става кварк с положителен заряд +2/ 3. Резултатът ще бъде кварки със заряди -1/3, 2/3, 2/3, които заедно образуват протон. Продуктите на реакцията - електрон и антинеутрино - свободно излитат от протона. Но кваркът, който излъчва W бозона, получава откат и започва да се движи в обратна посока. Защо не излита?

Той се държи заедно чрез силно взаимодействие. Това взаимодействие ще пренесе кварка заедно с неговите двама неразделни спътника, което ще доведе до движещ се протон. По подобна схема се получават слаби разпадания (свързани със слабо взаимодействие) на останалите адрони. Всички те се свеждат до излъчването на векторен бозон от един от кварките, прехода на този векторен бозон в лептони (μ-, e-, τ- и ν-частици) и по-нататъшното разширяване на реакционните продукти.

Понякога обаче възникват и адронни разпадания: векторен бозон може да се разпадне в двойка кварк-антикварк, която ще се превърне в мезони.

така че голям бройна различни реакции се свежда до взаимодействието на кварки и лептони с векторни бозони. Това взаимодействие е универсално, тоест е еднакво за кварките и лептоните. Универсалността на слабото взаимодействие, за разлика от универсалността на гравитационното или електромагнитното взаимодействие, все още не е получила изчерпателно обяснение. IN съвременни теориислабото взаимодействие се комбинира с електромагнитното взаимодействие (виж Единство на силите на природата).

За нарушаване на симетрията от слабото взаимодействие вижте Parity, Neutrinos. В статията Единството на силите на природата се говори за мястото на слабите сили в картината на микросвета.

Векторните бозони са носители на слабото взаимодействие У + , У− и З 0 . В този случай се прави разлика между взаимодействието на така наречените заредени слаби токове и неутрални слаби токове. Взаимодействие на заредени токове (с участието на заредени бозони У± ) води до промяна в зарядите на частиците и трансформацията на някои лептони и кварки в други лептони и кварки. Взаимодействие на неутрални токове (с участието на неутрален бозон З 0) не променя зарядите на частиците и превръща лептоните и кварките в същите частици.

Енциклопедичен YouTube

  • 1 / 5

    Използвайки хипотезата на Паули, Енрико Ферми разработва първата теория за бета разпада през 1933 г. Интересното е, че работата му е отказана да бъде публикувана в списанието Природата, позовавайки се на прекалената абстрактност на статията. Теорията на Ферми се основава на използването на вторичен метод на квантуване, подобен на този, който вече е бил прилаган по това време за процесите на излъчване и поглъщане на фотони. Една от идеите, изразени в работата, беше и твърдението, че частиците, излитащи от атома, първоначално не се съдържат в него, а се раждат в процеса на взаимодействие.

    Дълго време се смяташе, че законите на природата са симетрични по отношение на огледалното отражение, тоест резултатът от всеки експеримент трябва да бъде същият като резултата от експеримент, проведен върху огледално-симетрична инсталация. Тази симетрия е относителна към пространствената инверсия (която обикновено се означава като П) се свързва със закона за запазване на паритета. Въпреки това, през 1956 г., когато теоретично разглеждат процеса на разпадане на К-мезони, Ян Дженнинг и Ли Зонгдао предполагат, че слабото взаимодействие може да не се подчинява на този закон. Още през 1957 г. групата на Wu Jiansong потвърди тази прогноза в експеримент върху β-разпадането, което спечели на Янг и Ли Нобеловата награда по физика за 1957 г. По-късно същият факт беше потвърден при разпадането на мюона и други частици.

    За да обяснят нови експериментални факти, през 1957 г. Мъри Гел-Ман, Ричард Файнман, Робърт Марчак и Джордж Сударшан разработиха универсална теориячетирифермионно слабо взаимодействие, т.нар V − А-теории.

    В стремежа си да запази максимално възможната симетрия на взаимодействията, L. D. Landau през 1957 г. предполага, че въпреки П-симетрията е нарушена при слаби взаимодействия, при тях трябва да се запази комбинираната симетрия C.P.- комбинация от огледално отражение и замяна на частици с античастици. Въпреки това през 1964 г. Джеймс Кронин и Вал Фич откриват слабо нарушение в разпадането на неутралните каони C.P.-паритет. Слабото взаимодействие също се оказа отговорно за това нарушение; освен това теорията в този случай предвиждаше, че в допълнение към двете поколения кварки и лептони, известни до този момент, трябва да има поне още едно поколение. Тази прогноза беше потвърдена първо през 1975 г. с откриването на тау лептона, а след това през 1977 г. с откриването на b кварка. Кронин и Фич получават Нобелова награда за физика през 1980 г.

    Свойства

    Всички фундаментални фермиони (лептони и кварки) участват в слабо взаимодействие. Това е единственото взаимодействие, в което участват неутрино (освен гравитацията, която е пренебрежимо малка в лабораторни условия), което обяснява колосалната проникваща способност на тези частици. Слабото взаимодействие позволява на лептоните, кварките и техните античастици да обменят енергия, маса, електрически заряд и квантови числа – тоест да се превръщат един в друг.

    Слабото взаимодействие получава името си от факта, че неговата характерна интензивност е много по-ниска от тази на електромагнетизма. Във физиката на елементарните частици интензивността на взаимодействието обикновено се характеризира със скоростта на процесите, причинени от това взаимодействие. Колкото по-бързо протичат процесите, толкова по-висока е интензивността на взаимодействието. При енергии на взаимодействащи частици от порядъка на 1 GeV, характерната скорост на процесите, причинени от слабо взаимодействие, е около 10 −10 s, което е приблизително 11 порядъка по-голямо от електромагнитните процеси, т.е. слабите процеси са изключително бавни процеси .

    Друга характеристика на интензивността на взаимодействието е свободният път на частиците в дадено вещество. Така че, за да се спре летящ адрон поради силно взаимодействие, е необходима желязна плоча с дебелина няколко сантиметра. А неутрино, което участва само в слаби взаимодействия, може да прелети през плоча с дебелина милиарди километри.

    Освен всичко друго, слабото взаимодействие има много малък обсег на действие - около 2·10 -18 m (това е приблизително 1000 пъти по-малък размерядки). Именно поради тази причина, въпреки факта, че слабото взаимодействие е много по-интензивно от гравитационното взаимодействие, чийто радиус е неограничен, то играе значително по-малка роля. Например, дори за ядра, разположени на разстояние 10-10 m, слабото взаимодействие е по-слабо не само от електромагнитното, но и от гравитационното.

    В този случай интензивността на слабите процеси силно зависи от енергията на взаимодействащите частици. Колкото по-висока е енергията, толкова по-висок е интензитетът. Например, поради слабо взаимодействие, неутрон, чието освобождаване на енергия по време на бета-разпадане е приблизително 0,8 MeV, се разпада за време от около 10 3 s, а Λ-хиперон с освобождаване на енергия около сто пъти повече - вече след 10 −10 s. Същото важи и за енергийните неутрино: напречното сечение за взаимодействие с нуклон на неутрино с енергия 100 GeV е с шест порядъка по-голямо от това на неутрино с енергия около 1 MeV. Но при енергии от порядъка на няколкостотин GeV (в системата на центъра на масата на сблъскващи се частици) интензивността на слабото взаимодействие става сравнима с енергията на електромагнитното взаимодействие, в резултат на което те могат да бъдат описани по единен начинкато електрослабото взаимодействие.

    Слабото взаимодействие е единственото фундаментално взаимодействие, за което законът за запазване на паритета не е изпълнен, това означава, че законите, които управляват слабите процеси, се променят, когато системата е огледална. Нарушаването на закона за запазване на паритета води до факта, че подлежат само леви частици (чието въртене е насочено обратно на импулса), но не и десни (чието въртене е в същата посока като импулса). към слабо взаимодействие и обратно: десните античастици взаимодействат слабо, но левите са инертни.

    В допълнение към пространствения паритет, слабото взаимодействие също не запазва комбинирания паритет на пространствения заряд, тоест единственото известно взаимодействие нарушава принципа C.P.-инвариантност.

    Теоретично описание

    Теория на Ферми

    Първата теория за слабото взаимодействие е разработена от Енрико Ферми през 30-те години на миналия век. Неговата теория се основава на формална аналогия между процеса на β-разпадане и електромагнитните процеси на фотонно излъчване. Теорията на Ферми се основава на взаимодействието на така наречените адронни и лептонни токове. Освен това, за разлика от електромагнетизма, се приема, че тяхното взаимодействие е контактно и не предполага наличието на носител, подобен на фотон. В съвременната нотация взаимодействието между четирите основни фермиона (протон, неутрон, електрон и неутрино) се описва от оператор от формата

    G F 2 p ¯ ^ n ^ ⋅ e ¯ ^ ν ^ (\displaystyle (\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\hat (\overline (p)))(\hat (n) )\cdot (\hat (\overline (e)))(\hat (\nu ))),

    Къде G F (\displaystyle G_(F))- така наречената константа на Ферми, числено равна на приблизително 10 −48 J/m³ или 10 − 5 / m p 2 (\displaystyle 10^(-5)/m_(p)^(2)) (m p (\displaystyle m_(p))- протонна маса) в системата от единици, където ℏ = c = 1 (\displaystyle \hbar =c=1); p ¯ ^ (\displaystyle (\hat (\overline (p))))- оператор на създаване на протон (или унищожаване на антипротон), n ^ (\displaystyle (\hat (n)))- оператор на разрушаване на неутрони (антинеутронно раждане), e ¯ ^ (\displaystyle (\hat (\overline (e))))- оператор на създаване на електрон (разрушаване на позитрон), ν ^ (\displaystyle (\hat (\nu )))- оператор на разрушаване на неутрино (раждане на антинеутрино).

    работа p ¯ ^ n ^ (\displaystyle (\hat (\overline (p)))(\hat (n))), отговорен за прехвърлянето на неутрон в протон, се нарича нуклонен ток и e ¯ ^ ν ^ , (\displaystyle (\hat (\overline (e)))(\hat (\nu )),)превръщане на електрон в неутрино - лептон. Постулира се, че тези токове, подобно на електромагнитните токове, са 4-векторни p ¯ ^ γ μ n ^ (\displaystyle (\hat (\overline (p)))\gamma _(\mu )(\hat (n)))И e ¯ ^ γ μ ν ^ (\displaystyle (\hat (\overline (e)))\gamma _(\mu )(\hat (\nu ))) (γ μ , μ = 0 … 3 (\displaystyle \gamma _(\mu ),~\mu =0\dots 3)- матрици на Дирак). Следователно тяхното взаимодействие се нарича векторно.

    Съществена разлика между слабите токове, въведени от Ферми, и електромагнитните е, че те променят заряда на частиците: положително зареден протон става неутрален неутрон, а отрицателно зареден електрон става неутрално неутрино. В тази връзка тези токове се наричат ​​заредени токове.

    Универсална V-A теория

    Универсалната теория на слабото взаимодействие, наричана още V−A-теория, е предложена през 1957 г. от М. Гел-Ман, Р. Фейнман, Р. Маршак и Дж. Сударшан. Тази теория взе предвид наскоро доказания факт на нарушение на паритета ( П-симетрия) със слабо взаимодействие. За тази цел слабите токове бяха представени като сума от векторния ток Vи аксиален А(оттук и името на теорията).

    Векторните и аксиалните токове се държат абсолютно еднакво при трансформации на Лоренц. По време на пространствена инверсия обаче тяхното поведение е различно: векторният ток остава непроменен по време на тази трансформация, но аксиалният ток променя знака, което води до нарушаване на паритета. Освен това течения VИ Асе различават по така наречения паритет на заряда (нарушават В- симетрия).

    По същия начин, адронният ток е сумата от кварковите токове от всички поколения ( u- горна, d- по-ниско, c- омагьосан, s- странно, t- вярно, b- сладки кварки):

    u ¯ ^ d ′ ^ + c ¯ ^ s ′ ^ + t ¯ ^ b ′ ^ .

    (\displaystyle (\hat (\overline (u)))(\hat (d^(\prime )))+(\hat (\overline (c)))(\hat (s^(\prime ))) +(\hat (\overline (t)))(\hat (b^(\prime ))).) За разлика от лептонния ток обаче тук операторите d ′ ^ , (\displaystyle (\hat (d^(\prime ))),)И s ′ ^ (\displaystyle (\hat (s^(\prime )))) b ′ ^ (\displaystyle (\hat (b^(\prime )))) представляват линейна комбинация от оператори d ^ , (\displaystyle (\hat (d)),)И s ^ (\displaystyle (\hat (s))) b ^ , (\displaystyle (\hat (b)),) C.P.това означава, че адронният ток съдържа общо не три, а девет члена. Тези термини могат да бъдат комбинирани в една матрица 3x3, наречена матрица Кабибо - Кобаяши - Маскава. Тази матрица може да бъде параметризирана с три ъгъла и фазов фактор. Последното характеризира степента на нарушение

    -инвариантност при слабо взаимодействие.

    Всички членове в заредения ток са сумата от векторните и аксиалните оператори с фактори, равни на единица.

    Къде L = G F 2 j w ^ j w † ^ , (\displaystyle (\mathcal (L))=(\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\hat (j_(w)))(\ шапка (j_(w)^(\dagger ))),) j w ^ (\displaystyle (\hat (j_(w)))) е таксуваният текущ оператор и j w † ^ (\displaystyle (\hat (j_(w)^(\dagger )))) - конюгат към него (получен чрез замяна e ¯ ^ ν e ^ → ν e ¯ ^ e ^ , (\displaystyle (\hat (\overline (e)))(\hat (\nu _(e)))\rightarrow (\hat (\overline (\ nu_(e))))(\hat (e)),) u ¯ ^ d ^ → d ¯ ^ u ^ (\displaystyle (\hat (\overline (u)))(\hat (d))\rightarrow (\hat (\overline (d)))(\hat (u )))

    и т.н.)

    Теория на Вайнберг-Салам INмодерна форма S.U.слабото взаимодействие се описва като част от едно електрослабо взаимодействие в рамките на теорията на Вайнберг-Салам. Това е квантова теория на полето с калибровъчна група U(2) ×

    (1) и спонтанно нарушената симетрия на вакуумното състояние, причинена от действието на бозонното поле на Хигс. Доказателството за пренормируемостта на такъв модел от Мартинус Велтман и Жерар 'т Хоофт беше удостоено с Нобелова награда по физика за 1999 г. ПИ C.P. .

    В тази форма теорията за слабото взаимодействие е включена в съвременния стандартен модел и това е единственото взаимодействие, което нарушава симетриите У + , У− и З 0 с ненулева маса и спин, равен на 1. Масата на тези бозони е около 90 GeV / c², което определя малкия радиус на действие на слабите сили.

    В същото време заредени бозони У± са отговорни за взаимодействието на заредени токове и съществуването на неутрален бозон З 0 означава и наличието на неутрални токове. Такива токове наистина са открити експериментално. Пример за взаимодействие с тяхно участие е по-специално еластичното разсейване на неутрино от протон. При такива взаимодействия се запазват както външният вид на частиците, така и техните заряди.

    За да се опише взаимодействието на неутралните токове, лагранжианът трябва да бъде допълнен с термин от формата

    L = G F ρ 2 2 f 0 ^ f 0 ^ , (\displaystyle (\mathcal (L))=(\frac (G_(F)\rho )(2(\sqrt (2))))(\hat ( f_(0)))(\hat (f_(0))),)

    където ρ е безразмерен параметър, равен на единица в стандартната теория (експериментално се различава от единица с не повече от 1%), f 0 ^ = ν e ¯ ^ ν e ^ + ⋯ + e ¯ ^ e ^ + ⋯ + u ¯ ^ u ^ + … (\displaystyle (\hat (f_(0)))=(\hat (\overline ( \nu _(e))))(\hat (\nu _(e)))+\dots +(\hat (\overline (e)))(\hat (e))+\dots +(\hat (\overline (u)))(\hat (u))+\dots )- самосъгласуван неутрален токов оператор.

    За разлика от заредените токове, операторът на неутрален ток е диагонален, т.е. той прехвърля частиците в себе си, а не в други лептони или кварки. Всеки от членовете на оператора за неутрален ток е сумата от векторен оператор с множител и аксиален оператор с множител I 3 − 2 Q sin 2 ⁡ θ w (\displaystyle I_(3)-2Q\sin ^(2)\theta _(w)), Къде I 3 (\displaystyle I_(3))- третата проекция на т.нар.слаб