Электрослабое взаимодействие

Слово «Взаимодействие» имеет и другие значения.

В физике элементарных частиц электрослабое взаимодействие является общим описанием двух из четырёх фундаментальных взаимодействий: слабого взаимодействия и электромагнитного взаимодействия. Хотя эти два взаимодействия очень различаются на обычных низких энергиях, в теории они представляются как два разных проявления одного взаимодействия. При энергиях выше энергии объединения (порядка 100 ГэВ) они соединяются в единое электрослабое взаимодействие.

Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц и теории, описывающие их взаимодействия. Элементарные частицы слева — фермионы, справа — бозоны. (Термины — гиперссылки на статьи Википедии)

Теория электрослабого взаимодействия

Теория электрослабого взаимодействия представляет собой созданную в конце 1960-х годов 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). Ей соответствуют три калибровочных бозона — 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 $SU(2)\times U(1)_{Y}$ к $U(1)_{em}$, вызванного механизмом Хиггса (см. также Хиггсовский бозон). Нижние индексы используются, чтобы показать, что существуют различные варианты $U(1)$; генератор $U(1)_{em}$ даётся выражением $Q=Y/2+I_{3}$, где Y — генератор $U(1)_{Y}$ (т. н. слабый 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 $I_{3}$): $U(1)_{em}$ 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 год. Существование электрослабых взаимодействий было экспериментально установлено в две стадии: сначала были открыты нейтральные токи в совместном эксперименте Гаргамелла по рассеиванию нейтрино в 1973 году, а затем совместные эксперименты UA1 и UA2 в 1983 году доказали существование калибровочных W- и Z-бозонов при помощи протон-антипротонных столкновений на ускорителе SPS (англ. Super Proton Synchrotron, протонный суперсинхротрон).

Литература

• Электрослабое взаимодействие — статья из Физической энциклопедии

См. также

• Угол Вайнберга
• Механизм Хиггса
• Фундаментальное взаимодействие
• Стандартная модель
• Калибровочный бозон
• Нерешённые проблемы современной физики