Jump to content

ЭЛЕКТРОВЕКОВЫЕ Взаимодействие

При физике частиц электроводное взаимодействие или сила электропроизводства являются единым описанием двух из четырех известных фундаментальных взаимодействий природы: электромагнетизм (электромагнитное взаимодействие) и слабое взаимодействие . Хотя эти две силы кажутся очень разными в повседневных низких энергиях, теория моделирует их как два разных аспекта одной и той же силы. Выше энергии объединения , по порядку 246 ГЕВ , [ А ] Они объединятся в одну силу. Таким образом, если температура достаточно высока - приблизительно 10 15  K - Затем электромагнитная сила и слабая сила сливаются в комбинированную силу электропроизводства. Во время эпохи Кварка (вскоре после большого взрыва ) сила электропроизводства раскололась на электромагнитную и слабую силу . Считается, что требуемая температура 10 15 K не наблюдался широко по всей Вселенной с тех пор, как до эпохи кварка, и в настоящее время самая высокая температура, производимая человеком в тепловом равновесии, составляет около 5,5 × 10 12 K (от большого адронного коллайдера ).

Шелдон Глашоу , [ 1 ] Абдус Салам , [ 2 ] и Стивен Вайнберг [ 3 ] была удостоена Нобелевской премии по физике 1979 года за их вклад в объединение слабых и электромагнитных взаимодействий между элементарными частицами , известным как теория Вайнберга -Салам . [ 4 ] [ 5 ] Существование электроводных взаимодействий было экспериментально установлено на двух этапах, первым из которых было обнаружение нейтральных токов в нейтрино рассеяние в результате сотрудничества Гаргамелле в 1973 году, а второе - в 1983 году с помощью UA1 и сотрудничества UA2 , которые включали обнаружение W. и z -калибровые бозоны в протон -антипротонных столкновениях на преобразованном супер -протоном синхротроне . В 1999 году Джерардус Т. Хофт и Мартинус Велтман были удостоены Нобелевской премии за то, что показали, что теория электропроизводства перенормируется .

После того, как эксперимент WU в 1956 году обнаружил нарушение паритета в слабом взаимодействии , начал поиск, чтобы связать слабые и электромагнитные взаимодействия . Расширяя своего докторского советника Джулиана Швингера работу , Шелдон Глашоу впервые экспериментировал с введением двух разных симметрий, одного хирала и одного ахирала, и объединил их так, что их общая симметрия была непрерывной. Это не дало перенормируемой теории , и ее датчика должна была быть сломана вручную, поскольку не был известен не известный механизм , но она предсказывала новую частицу, z -бозон . Это получило мало уведомления, так как это не соответствовало экспериментальным открытиям.

В 1964 году Салам и Джон Клайв Уорд [ 6 ] Имел ту же идею, но предсказал безмассовый фотон и три массивных калибровочных бозона с сломанной симметрией вручную. Позже, примерно в 1967 году, исследуя спонтанное нарушение симметрии , Вайнберг обнаружил, что набор симметрий, предсказывающий безмассовый, нейтральный бозон . Первоначально отвергая такую ​​частицу, как бесполезную, он позже понял, что его симметрия создала силу электропроизводства, и он продолжил прогнозировать грубые массы для бозонов W и Z. Примечательно, что он предположил, что эта новая теория была перенормированной. [ 3 ] В 1971 году Джерард Туфт доказал, что спонтанно сломанные симметрии калибра перенормируются даже с массивными бозонами.

Формулировка

[ редактировать ]
Слабый угол смешивания Вайнберга θ W и связь между констант связей G, G и E. ′ Адаптировано из Ли (1981). [ 7 ]
Паттерн слабых изоспинов , T 3 и слабых гиперзарядов , y w , известных элементарных частиц, показывающий электрический заряд, Q , вдоль слабый угол смешивания . Нейтральное поле Хиггса (кружок) разбивает электропрояжую симметрию и взаимодействует с другими частицами, чтобы придать им массу. Три компонента поля Хиггса становятся частью массивного
В
и
С
бозоны.

Математически, электромагнетизм объединяется со слабыми взаимодействиями как поле Ян -Миллса с SU (2) × U (1) группой датчика , которая описывает формальные операции, которые могут быть применены к полям Electroweak Lauge без изменения динамики системы Полем Эти поля являются слабыми изоспиновыми полями W 1 , W 2 и W 3 и слабым гиперзаряжным полем B. , Эта инвариантность известна как Electroweak Symmetry .

Генераторам слабым SU (2) и U (1) получают имя изоспином (меченным T ) и слабым гиперзарядом (помечены Y ) соответственно. Затем они приводят к измерению бозонов, которые опосредуют электрословные взаимодействия - три бозона слабых изоспинов ( W 1 , W 2 и W 3 ) и B -бозон слабых гиперзарядов, соответственно, все из которых «изначально» являются «изначально». бесцветный. Это еще не физические поля, прежде чем разорвать спонтанную симметрию и связанный механизм Хиггса .

В стандартной модели наблюдаемые физические частицы,
В ±
и
С 0
Бозоны
и фотон , образуются посредством спонтанной симметрии, разбивающейся электропроизводной симметрии SU (2) × u ​​(1) y до u (1) em , [ B ] Поэтапный механизм Хиггса (см. Также Бозон Хиггса ), сложное теоретичное явление квантового поля, которое «спонтанно» изменяет реализацию симметрии и переставляет степени свободы. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Электрический заряд возникает как конкретная линейная комбинация (нетривиальная) y w (слабый гиперзаряд) и компонент T 3 слабого изоспина ( ) это не пары на бозон Хиггса . То есть: Хиггс и электромагнитное поле не влияют друг на друга, на уровне фундаментальных сил («уровень дерева»), в то время как любая другая комбинация гиперзаряда и слабой изоспины должна взаимодействовать с Хиггсом. Это вызывает очевидное разделение между слабой силой, которая взаимодействует с Хиггсом, и электромагнетизмом, которого нет. Математически электрический заряд представляет собой конкретную комбинацию гиперзаряда и T 3 , изложенной на рисунке.

U (1) EM (только группа симметрии только электромагнетизма) определяется как группа, генерируемая этой специальной линейной комбинацией, и симметрия, описанная группа U (1) EM , не разбита, поскольку она не напрямую взаимодействует с Хиггсом Полем [ C ]

Вышеупомянутое спонтанное разрыв симметрии заставляет бозоны W 3 и B объединяться в два разных физических бозона с разными массами -
С 0
бозон и фотон (
в
),

где θ w - слабый угол смешивания . Оси, представляющие частицы, по существу только что были повернуты в плоскости ( w 3 , b ) под углом θ w . Это также вводит несоответствие между массой
С 0
и масса
В ±
частицы (обозначаемые как m z и m w , соответственно),

Бозоны W 1 и W 2 , в свою очередь, объединяются для получения заряженных массивных бозонов
В ±
:

Лагранжиан

[ редактировать ]

Перед разрушением симметрии с электроу

[ редактировать ]

Лагранжиан разбивание для электропроизвольных взаимодействий делится на четыре части, прежде чем электроиковой симметрии проявится,

А Термин описывает взаимодействие между тремя векторными бозонами и векторным бозоном,

где ( ) и Являются ли тензоры силы поля для слабых изоспинов и слабых полей гиперзарядов.

является кинетическим термином для стандартных модельных фермионов. Взаимодействие калибровочных бозонов и фермионов проходит через калибровочную производную ,

где подписание J суммирует в течение трех поколений фермионов; Q , U и D -левша Doublet, правый синглет вверх и правый синглет вниз по полям Quark; и L и E -левша Doublet и правые синглетные электронные поля. Фейнман Слэш означает сокращение 4-градиента с матрицами Dirac , определяемое как

и ковариантная производная (за исключением поля датчика Gluon для сильного взаимодействия ) определяется как

Здесь слабый гиперзаряд и являются компонентами слабого изоспина.

А Термин описывает поле Хиггса и его взаимодействие с собой и базовыми бозонами,

где это вакуумное значение ожидания.

А Термин описывает взаимодействие Юкава с Фримионами,

и генерирует свои массы, проявляясь, когда поле Хиггса приобретает ненулевую вакуумную ценность ожидания, обсуждается дальше. А для матрицы муфт юкавы.

После разрыва симметрии электропроизводства

[ редактировать ]

Лагранжиан реорганизует себя, поскольку поле Хиггса приобретает неванирующую вакуумную ценность ожидания, продиктованную потенциалом предыдущего раздела. В результате этого переписывания становится проявленным разрыв симметрии. В истории вселенной это, как полагают, произошло вскоре после горячего большого взрыва, когда вселенная оказалась в температуре 159,5 ± 1,5 ГЭВ [ 12 ] (при условии стандартной модели физики частиц).

Из -за своей сложности этот лагранжиан лучше всего описывается, разбивая его на несколько частей следующим образом.

Кинетический термин Содержит все квадратичные термины Лагранжиана, которые включают динамические термины (частичные производные) и массовые термины (заметно отсутствуют в Лагранжиане перед разрушением симметрии)

где сумма проходит над всем и даны как

с быть замененным соответствующим поле ( ) и f азбука константами структуры соответствующей группы.

Нейтральный ток и заряжено Компоненты Лагранжианы содержат взаимодействие между фермионами и калибровочными бозонами,

где Электромагнитный ток является

где это электрические заряды Фримионов. Нейтральный слабый ток является

где это слабый изоспин фермионов. [ D ]

Заряженная текущая часть лагранжиана дается

где Поле с правой матрицей синглета и матрица CKM Определяет смешивание между массой и слабыми собственными состояниями кварков. [ D ]

содержит трехточечные и четырехточечные термины самообслуживания Хиггса,

содержит взаимодействие Хиггса с векторными бозонами,

содержит трехточечное самостоятельное взаимодействие.

содержит калибровую четырехточечное самостоятельное взаимодействие,

содержит взаимодействие Юкавы между Фримионами и поле Хиггса,

Смотрите также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Конкретное число 246 ГЕВ считается вакуумным ожиданием поля Хиггса (где является постоянной муфты Ферми ).
  2. ^ Обратите внимание, что u (1) y и u (1) em являются отдельными случаями общего U (1) : каждая из двух сил получает свою собственную независимую копию унитарной группы.
  3. ^ Хотя электромагнетизм - например, фотон - не взаимодействует напрямую с бозоном Хиггса взаимодействует , он действительно через квантовые колебания .
  4. ^ Jump up to: а беременный Обратите внимание на факторы В слабых формулах связи: эти факторы преднамеренно вставлены для удаления любых левша, компонентов спинорных полей. Вот почему теория электропроизводства считается « хиральной теорией ».
  1. ^ Glashow, S. (1959). «Перенормированность векторных мезоновских взаимодействий». Нукле Физический 10 , 107.
  2. ^ Салам, А .; Уорд, JC (1959). «Слабые и электромагнитные взаимодействия». Nuovo Cimento . 11 (4): 568–577. Bibcode : 1959ncim ... 11..568s . doi : 10.1007/bf02726525 . S2CID   15889731 .
  3. ^ Jump up to: а беременный Вайнберг, S (1967). «Модель лептонов» (PDF) . Физический Преподобный Летт 19 (21): 1264–66. Bibcode : 1967 phrvl..19.1264w . doi : 10.1103/physrevlett.19.1264 . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-01-12.
  4. ^ С. Байс (2005). Уравнения: значки знаний . п. 84 ISBN  0-674-01967-9 .
  5. ^ «Нобелевская премия по физике 1979 года» . Нобелевский фонд . Получено 2008-12-16 .
  6. ^ Салам, А.; Уорд, JC (ноябрь 1964 г.). «Электромагнитные и слабые взаимодействия» . Физические буквы . 13 (2): 168–171. Bibcode : 1964phl .... 13..168s . doi : 10.1016/0031-9163 (64) 90711-5 .
  7. ^ Ли, Т.Д. (1981). Физика частиц и введение в теорию поля .
  8. ^ Englert, F.; Брут Р. (1964). «Сломанная симметрия и масса измерения векторных мезонов» . Письма о физическом обзоре . 13 (9): 321–323. Bibcode : 1964phrvl..13..321e . doi : 10.1103/physrevlett.13.321 .
  9. ^ Хиггс, PW (1964). «Сломанные симметрии и массы калибровочных бозонов» . Письма о физическом обзоре . 13 (16): 508–509. Bibcode : 1964phrvl..13..508h . doi : 10.1103/physrevlett.13.508 .
  10. ^ Guralnik, GS; Хаген, кр; Kibble, Twb (1964). «Глобальные законы о сохранении и безмасштабные частицы» . Письма о физическом обзоре . 13 (20): 585–587. Bibcode : 1964phrvl..13..585g . doi : 10.1103/physrevlett.13.585 .
  11. ^ Guralnik, GS (2009). «История развития Guralnik, Hagen и Kibble теории спонтанной симметрии разбивает и датчики». Международный журнал современной физики а . 24 (14): 2601–2627. Arxiv : 0907.3466 . Bibcode : 2009ijmpa..24.2601g . doi : 10.1142/s0217751x09045431 . S2CID   16298371 .
  12. ^ Д'Онофрио, Микела; Rummukainen, Kari (2016). «Стандартная модель перекрестка на решетке». Физический Преподобный д . 93 (2): 025003. Arxiv : 1508.07161 . Bibcode : 2016 Phrvd..93b5003d . doi : 10.1103/physrevd.93.025003 . HDL : 10138/159845 . S2CID   119261776 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]

Общие читатели

[ редактировать ]
  • DJ Griffiths (1987). Введение в элементарные частицы . Джон Уайли и сыновья. ISBN  0-471-60386-4 .
  • W. Greiner; Б. Мюллер (2000). Калибровочная теория слабых взаимодействий . Спрингер. ISBN  3-540-67672-4 .
  • Г.Л. Кейн (1987). Современная физика элементарных частиц . Персей книги . ISBN  0-201-11749-5 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4b664e858d9b9af75b3e4dd0195d078d__1720429380
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/4b/8d/4b664e858d9b9af75b3e4dd0195d078d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electroweak interaction - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)