Teoria oddziaływań elektrosłabych

Wygląd przypnij ukryj

Teoria oddziaływań elektrosłabych (teoria małej unifikacji) – kwantowa teoria pola opisująca oddziaływania słabe oraz elektromagnetyczne. Zawiera ona w sobie wcześniejszą teorię oddziaływań słabych i elektrodynamikę kwantową.

Teoria oddziaływań elektrosłabych traktuje oddziaływania słabe i elektromagnetyczne jako przejaw jednego oddziaływania elektrosłabego.

Oddziaływaniu elektrosłabemu podlegają wszystkie znane cząstki fermionowe. Przyciąganie, odpychanie i przemiany tych cząstek tłumaczy się wymianą bozonów pośredniczących: Z, W+, W− i fotonu.

Według obecnej wiedzy, we wczesnych epokach Wszechświata istniała pełna symetria między oddziaływaniami słabymi i elektromagnetycznymi. Symetria ta została później złamana, w wyniku czego mamy obecnie dwa oddziaływania. Łamaniem symetrii tłumaczy się także różnicę mas pomiędzy bozonami oddziaływania słabego a fotonem.

Teoria oddziaływań elektrosłabych jest nieabelową teorią z cechowaniem o złamanej symetrii. Grupą cechowania jest grupa SU(2)×U(1). Chociaż elektromagnetyzm opisuje grupa U(1)EM, nie jest to ta sama grupa, co w iloczynie (U(1)Y). W rzeczywistości obie części opisują zarówno elektromagnetyzm, jak i oddziaływanie słabe. Ładunek oddziaływania elektromagnetycznego nazywamy ładunkiem elektrycznym (Q), ładunek oddziaływania słabego nazywamy ładunkiem słabym, ładunek opisywany przez część SU(2) grupy symetrii oddziaływań elektrosłabych nazywamy izospinem (I) a ładunek opisywany przez część U(1) – hiperładunkiem (Y) (wyjaśnia on między innymi, dlaczego leptony mają inny ładunek elektryczny niż kwarki). Wielkości te wiąże zależność:

Q = I3 + Y/2.

Teorię oddziaływań elektrosłabych stworzyli Sheldon Glashow, Abdus Salam i Steven Weinberg, za co otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1979.

Struktura matematyczna

Oddziaływanie elektrosłabe pod nieobecność i w obecności pól Higgsa

Model przewiduje istnienie czterech bezmasowych bozonów pośredniczących. Trzy z nich oznaczone przez W μ = {\displaystyle \mathbf {W} _{\mu }=} są składowymi trypletu I = 1 grupy SU(2). Czwarty B μ {\displaystyle \mathbf {B} _{\mu }} jest izoskalarem I = 0 transformującym się względem grupy U(1) słabego hiperładunku. Aby nadać bozonom pośredniczącym masy bez jednoczesnego naruszenia renormalizowalności teorii, wprowadzono mechanizm spontanicznego łamania symetrii poprzez dublet pól zespolonych (czterech pól rzeczywistych) z I = 1/2 nazwanych skalarami Higgsa, które generują masy cząstek poprzez samooddziaływanie.

Pola masowych bozonów oznaczamy odpowiednio W μ + , W μ − , Z μ 0 . {\displaystyle W_{\mu }^{+},W_{\mu }^{-},Z_{\mu }^{0}.} Bozon oznaczony jako A μ   {\displaystyle A_{\mu }^{\ }} pozostaje bezmasowy i odpowiada fotonowi.

Dla bozonów naładowanych:

W μ ± = 1 2 ( W μ ( 1 ) ± W μ ( 2 ) ) , {\displaystyle W_{\mu }^{\pm }={\frac {1}{\sqrt {2}}}(W_{\mu }^{(1)}\pm W_{\mu }^{(2)}),}

dla bozonow neutralnych:

Z μ 0 = W μ ( 3 ) cos ⁡ Θ W − B μ sin ⁡ Θ W , {\displaystyle Z_{\mu }^{0}=W_{\mu }^{(3)}\cos \Theta _{W}-B_{\mu }\sin \Theta _{W},} A μ = W μ ( 3 ) sin ⁡ Θ W + B μ cos ⁡ Θ W . {\displaystyle A_{\mu }=W_{\mu }^{(3)}\sin \Theta _{W}+B_{\mu }\cos \Theta _{W}.}

Kąt Θ W {\displaystyle \Theta _{W}} nazywa się kątem mieszania oddziaływań słabych (kąt Weinberga). Wartość tego kąta należy wyznaczyć doświadczalnie, co jest jednym ze słabych punktów modelu standardowego.

Przypisy

  1. ↑ Glashowa–Weinberga–Salama teoria, Encyklopedia PWN  .
  2. ↑ Heller 1994 ↓, s. 57.

Bibliografia

Oddziaływania podstawowe
zjawiska
potwierdzone
modele
przybliżenia
hipotezy
unifikacyjne
inne
Kontrola autorytatywna (oddziaływania podstawowe):Encyklopedie internetowe: