KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN RUSIA
Institusi Pendidikan Anggaran Negara Federal
pendidikan profesional yang lebih tinggi
"Universitas Elektroteknik Negeri St. Petersburg "LETI" dinamai V. I. Ulyanov (Lenin)"
(SPbGETU)
Fakultas Ekonomi dan Manajemen
Departemen Fisika
Dalam disiplin "Konsep ilmu pengetahuan alam modern"
pada topik "Interaksi lemah"
Diperiksa:
Altmark Alexander Moiseevich
Selesai:
siswa gr. 3603
Kolisetskaya Maria Vladimirovna
Sankt Peterburg
1. Interaksi lemah merupakan salah satu dari empat interaksi fundamental
Sejarah penelitian
Peran di alam
Gaya lemah merupakan salah satu dari empat gaya fundamental
Gaya lemah, atau gaya nuklir lemah, adalah salah satu dari empat gaya fundamental
Interaksi lemah bersifat jangka pendek - ia memanifestasikan dirinya pada jarak yang jauh lebih kecil daripada ukuran inti atom
Boson vektor adalah pembawa interaksi lemah
Untuk pertama kalinya, interaksi lemah diamati selama peluruhan inti atom. Dan ternyata, peluruhan ini berhubungan dengan transformasi proton menjadi neutron di dalam inti dan sebaliknya:
R? n + e+ + ?e, n ? p + e- + e,
dimana n adalah neutron, p adalah proton, e- adalah elektron, e adalah antineutrino elektron.
Partikel dasar biasanya dibagi menjadi tiga kelompok:
) foton; kelompok ini hanya terdiri dari satu partikel - foton - kuantum radiasi elektromagnetik;
) lepton (dari bahasa Yunani "leptos" - cahaya), hanya berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik dan lemah. Lepton termasuk elektron dan muon neutrino, elektron, muon dan lepton berat yang ditemukan pada tahun 1975 - t-lepton, atau taon, dengan massa sekitar 3487me, serta antipartikelnya yang sesuai. Nama lepton disebabkan oleh fakta bahwa massa lepton pertama yang diketahui lebih kecil dibandingkan massa semua partikel lainnya. Lepton juga mencakup neutrino rahasia, yang keberadaannya juga baru-baru ini diketahui;
) hadron (dari bahasa Yunani "adros" - besar, kuat). Hadron memiliki interaksi yang kuat bersama dengan interaksi elektromagnetik dan lemah. Dari partikel-partikel yang dibahas di atas, termasuk proton, neutron, pion, dan kaon.
Sifat-sifat interaksi lemah
Interaksi lemah mempunyai ciri khas:
Semua fermion fundamental mengambil bagian dalam interaksi lemah
Operasi P mengubah tanda vektor kutub apa pun
Pengoperasian inversi spasial mengubah sistem menjadi sistem cermin simetris. Simetri cermin diamati dalam proses di bawah pengaruh interaksi kuat dan elektromagnetik. Simetri cermin dalam proses ini berarti bahwa dalam keadaan simetris cermin, transisi diwujudkan dengan probabilitas yang sama.
G. ? Yang Zhenning, Li Zongdao menerima Hadiah Nobel Fisika. Untuk studi mendalamnya tentang apa yang disebut hukum paritas, yang menghasilkan penemuan penting di bidang partikel elementer.
Selain paritas spasial, interaksi yang lemah juga tidak mempertahankan paritas gabungan muatan-ruang, yaitu satu-satunya interaksi yang diketahui melanggar prinsip invarian CP.
Simetri muatan berarti jika ada proses yang melibatkan partikel, maka ketika digantikan oleh antipartikel (konjugasi muatan), proses tersebut juga ada dan terjadi dengan probabilitas yang sama. Simetri muatan tidak ada dalam proses yang melibatkan neutrino dan antineutrino. Di alam, hanya ada neutrino kidal dan antineutrino kidal. Jika masing-masing partikel ini (untuk kepastiannya, kita akan mempertimbangkan elektron neutrino? e dan antineutrino e) dikenai operasi konjugasi muatan, maka mereka akan berubah menjadi objek tidak ada dengan bilangan lepton dan helisitas.
Jadi, dalam interaksi lemah, invariansi P dan C dilanggar secara bersamaan. Namun, bagaimana jika dua operasi berturut-turut dilakukan pada neutrino (antineutrino)? Transformasi P dan C (urutan operasinya tidak penting), maka kita kembali memperoleh neutrino yang ada di alam. Urutan operasi dan (atau dalam urutan terbalik) disebut transformasi CP. Hasil transformasi CP (gabungan inversi) dari ?e dan e adalah sebagai berikut:
Jadi, untuk neutrino dan antineutrino, operasi yang mengubah partikel menjadi antipartikel bukanlah operasi konjugasi muatan, melainkan transformasi CP.
Sejarah penelitian
Studi tentang interaksi lemah berlanjut untuk jangka waktu yang lama.
Pada tahun 1896, Becquerel menemukan bahwa garam uranium memancarkan radiasi tembus (peluruhan thorium). Ini adalah awal dari studi tentang interaksi lemah.
Pada tahun 1930, Pauli mengajukan hipotesis bahwa selama peluruhan ?, bersama dengan elektron (e), partikel netral ringan dipancarkan? neutrino (?). Pada tahun yang sama, Fermi mengajukan teori medan kuantum peluruhan β. Peluruhan neutron (n) merupakan akibat interaksi dua arus: arus hadronik mengubah neutron menjadi proton (p), arus leptonik menghasilkan pasangan elektron + neutrino. Pada tahun 1956, Reines pertama kali mengamati reaksi er? ne+ dalam percobaan di dekat reaktor nuklir.
Lee dan Yang menjelaskan paradoks peluruhan meson K+ (? ~ ? misteri)? membusuk menjadi 2 dan 3 pion. Hal ini terkait dengan non-konservasi paritas spasial. Asimetri cermin telah ditemukan pada peluruhan β inti, peluruhan muon, pion, K-meson, dan hiperon.
Pada tahun 1957, Gell-Mann, Feynman, Marshak, dan Sudarshan mengajukan teori universal interaksi lemah berdasarkan struktur quark hadron. Teori ini, yang disebut teori V-A, mengarah pada deskripsi interaksi lemah menggunakan diagram Feynman. Pada saat yang sama, fenomena baru yang mendasar ditemukan: pelanggaran invariansi CP dan arus netral.
Pada tahun 1960-an oleh Sheldon Lee Glashow
Pada tahun 1991-2001, studi peluruhan boson Z0 dilakukan di akselerator LEP2 (CERN), yang menunjukkan bahwa di alam hanya ada tiga generasi lepton: ?e, ?? Dan??.
Peran di alam
interaksi nuklir lemah
Proses paling umum yang disebabkan oleh interaksi lemah adalah peluruhan b inti atom radioaktif. Fenomena radioaktivitas<#"justify">Daftar literatur bekas
1. Novozhilov Yu.V. Pengantar teori partikel elementer. M.: Nauka, 1972
Okun B. Interaksi lemah partikel elementer. M.: Fizmatgiz, 1963
Interaksi yang lemah
Interaksi yang kuat
Interaksi yang kuat bersifat jangka pendek. Rentang aksinya sekitar 10-13 cm.
Partikel yang terlibat dalam interaksi kuat disebut hadron. Dalam zat stabil biasa pada suhu tidak terlalu tinggi, interaksi kuat tidak menyebabkan proses apapun. Perannya adalah menciptakan ikatan yang kuat antar nukleon (proton dan neutron) dalam inti atom. Energi pengikatan rata-rata sekitar 8 MeV per nukleon. Selain itu, selama tumbukan inti atau nukleon dengan energi yang cukup tinggi (sekitar ratusan MeV), interaksi yang kuat menyebabkan banyak reaksi nuklir: fisi nuklir, transformasi beberapa inti menjadi inti lain, dll.
Dimulai dari energi tumbukan nukleon sekitar beberapa ratus MeV, interaksi kuat mengarah pada produksi P-meson. Pada energi yang lebih tinggi lagi, K-meson dan hiperon, serta banyak resonansi meson dan baryon lahir (resonansi adalah keadaan tereksitasi hadron yang berumur pendek).
Pada saat yang sama, ternyata tidak semua partikel mengalami interaksi kuat. Jadi, proton dan neutron mengalaminya, tetapi elektron, neutrino, dan foton tidak terpengaruh. Biasanya hanya partikel berat yang berpartisipasi dalam interaksi kuat.
Penjelasan teoretis tentang sifat interaksi kuat sulit dikembangkan. Sebuah terobosan baru muncul pada awal tahun 1960an, ketika model quark diusulkan. Dalam teori ini, neutron dan proton dianggap bukan sebagai partikel elementer, melainkan sebagai sistem komposit yang dibangun dari quark
Kuanta interaksi kuat adalah delapan gluon. Gluon mendapatkan namanya dari kata bahasa Inggris lem, karena mereka bertanggung jawab atas pengurungan quark. Massa gluon yang tersisa adalah nol. Pada saat yang sama, gluon memiliki muatan berwarna, sehingga mereka mampu berinteraksi satu sama lain, seperti yang mereka katakan, interaksi diri, yang menyebabkan kesulitan dalam menggambarkan interaksi kuat secara matematis karena nonliniernya.
Jangkauan kerjanya kurang dari 10-15 cm. Interaksi lemah beberapa kali lipat lebih lemah tidak hanya dibandingkan interaksi kuat, tetapi juga interaksi elektromagnetik. Selain itu, ia jauh lebih kuat daripada gaya gravitasi di mikrokosmos.
Proses pertama yang ditemukan dan paling umum yang disebabkan oleh interaksi lemah adalah peluruhan nuklir radioaktif.
Diposting di ref.rf
Radioaktivitas jenis ini ditemukan pada tahun 1896 oleh A.A. Becquerelem. Selama proses peluruhan elektron radioaktif /b - -/, salah satu neutron / N/ inti atom berubah menjadi proton / R/ dengan emisi elektron / e-/ dan antineutrino elektron //:
n ® p + e-+
Dalam proses peluruhan positronik /b + -/ terjadi transisi sebagai berikut:
p® n + e++
Dalam teori peluruhan b pertama, yang diciptakan pada tahun 1934 oleh E. Fermi, untuk menjelaskan fenomena ini perlu diperkenalkan hipotesis tentang adanya jenis gaya khusus jarak pendek yang menyebabkan transisi.
n ® p + e-+
Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa interaksi yang diperkenalkan oleh Fermi bersifat universal.
Diposting di ref.rf
Hal ini menyebabkan peluruhan semua partikel tidak stabil, yang massa dan aturan pemilihannya berdasarkan bilangan kuantum tidak memungkinkan partikel tersebut membusuk karena interaksi kuat atau elektromagnetik. Interaksi lemah melekat pada semua partikel kecuali foton. Waktu karakteristik proses interaksi lemah pada energi orde 100 MeV adalah 13-14 kali lipat lebih lama daripada waktu karakteristik interaksi kuat.
Kuanta interaksi lemah adalah tiga boson - boson W + , W − , Z°-. Superskrip menunjukkan tanda muatan listrik kuanta tersebut. Kuanta interaksi lemah memiliki massa yang signifikan, yang mengarah pada fakta bahwa interaksi lemah muncul pada jarak yang sangat pendek.
Harus diingat bahwa saat ini interaksi lemah dan elektromagnetik telah digabungkan menjadi satu teori. Ada sejumlah skema teoretis yang berupaya menciptakan teori terpadu tentang semua jenis interaksi. Namun, skema ini belum cukup dikembangkan untuk diuji secara eksperimental.
26. Fisika struktural. Pendekatan korpuskuler terhadap deskripsi dan penjelasan alam. Reduksionisme
Objek fisika struktural adalah unsur-unsur struktur materi (misalnya, molekul, atom, partikel elementer) dan pembentukannya yang lebih kompleks. Ini:
1) plasma - itu adalah gas yang sebagian besar molekul atau atomnya terionisasi;
2) kristal- ini adalah padatan di mana atom atau molekul tersusun secara teratur dan membentuk struktur internal yang berulang secara berkala;
3) cairan- ini adalah keadaan agregat suatu zat, yang menggabungkan ciri-ciri keadaan padat (kekekalan volume, kekuatan tarik tertentu) dan keadaan gas (variabilitas bentuk).
Ciri-ciri cairan adalah:
a) keteraturan jarak pendek dalam susunan partikel (molekul, atom);
b) perbedaan kecil antara energi kinetik gerak termal dan energi interaksi potensialnya.
4) bintang,ᴛ.ᴇ. bola gas (plasma) bercahaya.
Saat mengidentifikasi persamaan struktural suatu zat, kriteria berikut digunakan:
Dimensi spasial: partikel pada tingkat yang sama memiliki dimensi spasial dengan orde yang sama (misalnya, semua atom memiliki dimensi orde 10 -8 cm);
Waktu proses: pada satu tingkat besarnya kira-kira sama;
Benda-benda pada tingkat yang sama terdiri dari unsur-unsur yang sama (misalnya, semua inti terdiri dari proton dan neutron);
Hukum yang menjelaskan proses pada satu tingkat secara kualitatif berbeda dengan hukum yang menjelaskan proses pada tingkat lain;
Benda-benda pada tingkat yang berbeda berbeda dalam sifat dasarnya (misalnya, semua atom netral secara listrik, dan semua inti bermuatan listrik positif).
Ketika tingkat struktur dan wujud materi baru ditemukan, domain objek fisika struktural semakin meluas.
Harus diingat bahwa ketika menyelesaikan masalah fisik tertentu, masalah yang berkaitan dengan penjelasan struktur, interaksi, dan gerak saling terkait erat.
Akar fisika struktural adalah pendekatan sel untuk mendeskripsikan dan menjelaskan alam.
Untuk pertama kalinya, konsep atom sebagai partikel tubuh yang terakhir dan tak terpisahkan muncul di Yunani Kuno dalam kerangka ajaran filsafat alam aliran Leucippus-Democritus. Menurut pandangan ini, hanya ada atom di dunia yang bergerak dalam ruang hampa. Para atomis kuno menganggap kesinambungan materi adalah hal yang nyata. Kombinasi atom yang berbeda membentuk benda tampak yang berbeda. Hipotesis ini tidak didasarkan pada data eksperimen. Dia hanya menebak dengan brilian. Namun hal itu menentukan perkembangan lebih lanjut ilmu pengetahuan alam selama berabad-abad yang akan datang.
Hipotesis atom sebagai partikel materi yang tidak dapat dibagi lagi dihidupkan kembali dalam ilmu pengetahuan alam, khususnya fisika dan kimia, untuk menjelaskan beberapa hukum yang ditetapkan secara eksperimental (misalnya, hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac untuk gas ideal, ekspansi termal dari tubuh, dll). Memang benar hukum Boyle-Mariotte menyatakan bahwa volume gas berbanding terbalik dengan tekanannya, namun tidak menjelaskan mengapa demikian. Demikian pula, jika suatu benda dipanaskan, ukurannya akan bertambah. Namun apa alasan perluasan ini? Dalam teori kinetik materi, pola-pola ini dan pola-pola eksperimental lainnya dijelaskan dengan bantuan atom dan molekul.
Memang, penurunan tekanan gas yang diamati secara langsung dan terukur dengan peningkatan volumenya dalam teori kinetik materi dijelaskan sebagai peningkatan jalur bebas atom dan molekul penyusunnya. Hal ini menyebabkan volume yang ditempati oleh gas bertambah. Demikian pula, pemuaian suatu benda ketika dipanaskan dalam teori kinetik materi dijelaskan oleh peningkatan kecepatan rata-rata pergerakan molekul.
Penjelasan di mana mereka mencoba mereduksi sifat-sifat zat atau benda kompleks menjadi sifat-sifat unsur atau komponennya yang lebih sederhana disebut reduksionisme. Metode analisis ini memungkinkan pemecahan sejumlah besar masalah dalam ilmu pengetahuan alam.
Hingga akhir abad ke-19. Diyakini bahwa atom adalah partikel materi terkecil, tak terpisahkan, dan tidak berstruktur. Pada saat yang sama, penemuan elektron dan radioaktivitas menunjukkan bahwa hal ini tidak benar. Model atom planet Rutherford muncul. Kemudian digantikan oleh model N. Bora. Namun seperti sebelumnya, pemikiran fisikawan ditujukan untuk mereduksi seluruh ragam sifat kompleks benda dan fenomena alam menjadi sifat sederhana dari sejumlah kecil partikel primer. Selanjutnya, partikel-partikel ini disebut dasar. Sekarang jumlah totalnya melebihi 350. Oleh karena itu, kecil kemungkinannya semua partikel tersebut dapat disebut benar-benar elementer, tidak mengandung unsur lain. Keyakinan ini diperkuat dengan hipotesis keberadaan quark. Menurutnya, partikel elementer yang diketahui terdiri dari partikel-partikel dengan muatan listrik pecahan. Mereka dipanggil quark.
Menurut jenis interaksi yang melibatkan partikel-partikel elementer, semuanya, kecuali foton, diklasifikasikan menjadi dua kelompok:
1) hadron. Patut dikatakan bahwa mereka dicirikan oleh adanya interaksi yang kuat. Selain itu, mereka juga dapat berpartisipasi dalam interaksi lemah dan elektromagnetik;
2) lepton. Οʜᴎ hanya berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik dan lemah;
Menurut umurnya, mereka dibedakan:
a) partikel elementer yang stabil. Ini adalah elektron, foton, proton dan neutrino;
b) kuasi-stabil. Ini adalah partikel yang membusuk karena interaksi elektromagnetik dan lemah. Misalnya, ke + ® m++;
c) tidak stabil. Οʜᴎ peluruhan karena interaksi yang kuat, misalnya, neutron.
Muatan listrik partikel elementer adalah kelipatan muatan terkecil yang melekat pada elektron. Pada saat yang sama, partikel elementer dibagi menjadi pasangan partikel - antipartikel, misalnya e - - e + (semuanya mempunyai sifat yang sama, dan tanda muatan listriknya berlawanan). Partikel yang netral secara listrik juga memiliki antipartikel, misalnya, P -,- .
Jadi, konsep atomistik didasarkan pada gagasan tentang struktur diskrit materi. Pendekatan atom menjelaskan sifat-sifat suatu benda fisik berdasarkan sifat-sifat partikel terkecilnya, yang pada tahap kognisi tertentu dianggap tidak dapat dibagi-bagi. Secara historis, partikel-partikel tersebut pertama kali dikenali sebagai atom, kemudian sebagai partikel elementer, dan sekarang sebagai quark. Kesulitan dari pendekatan ini adalah reduksi total dari yang kompleks menjadi yang sederhana, yang tidak memperhitungkan perbedaan kualitatif di antara keduanya.
Hingga akhir kuartal pertama abad ke-20, gagasan kesatuan struktur makro dan mikrokosmos dipahami secara mekanis, sebagai identitas hukum yang utuh dan kesamaan utuh struktur keduanya.
Mikropartikel diartikan sebagai salinan miniatur makrobodi, ᴛ.ᴇ. sebagai bola yang sangat kecil (sel darah) yang bergerak dalam orbit yang sangat mirip dengan orbit planet, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa benda langit terikat oleh gaya interaksi gravitasi, dan mikropartikel terikat oleh gaya interaksi listrik.
Setelah penemuan elektron (Thomson, 1897), penciptaan teori kuantum (Planck, 1900), dan pengenalan konsep foton (Einstein, 1905), teori atom memperoleh karakter baru.
Diposting di ref.rf
Gagasan tentang keleluasaan diperluas ke bidang fenomena listrik dan cahaya, hingga konsep energi (pada abad ke-19, doktrin energi berfungsi sebagai bidang gagasan tentang besaran dan fungsi keadaan yang berkelanjutan). Ciri terpenting dari ajaran atom modern adalah atomisme tindakan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pergerakan, sifat dan keadaan berbagai objek mikro dapat dikuantisasi, ᴛ.ᴇ. dinyatakan dalam bentuk besaran dan perbandingan diskrit. Atomisme baru mengakui stabilitas relatif setiap jenis materi yang terpisah, kepastian kualitatifnya, ketidakterpisahan relatifnya, dan ketidakterubahan dalam batas-batas fenomena alam yang diketahui. Misalnya, karena dapat dibagi secara fisika, sebuah atom tidak dapat dibagi secara kimia, ᴛ.ᴇ. dalam proses kimia ia berperilaku sebagai sesuatu yang utuh, tidak dapat dibagi-bagi. Sebuah molekul, yang secara kimia dapat dibagi menjadi atom-atom, dalam gerakan termal (sampai batas tertentu) berperilaku sebagai satu kesatuan, tidak dapat dibagi lagi, dan seterusnya.
Yang paling penting dalam konsep atomisme baru adalah pengakuan terhadap interkonvertibilitas semua jenis materi yang terpisah.
Berbagai tingkat organisasi struktural realitas fisik (quark, mikropartikel, inti, atom, molekul, makrobodi, megasistem) memiliki hukum fisika spesifiknya sendiri. Namun betapapun berbedanya fenomena yang diteliti dengan fenomena yang dipelajari fisika klasik, semua data eksperimen harus dijelaskan dengan menggunakan konsep klasik. Terdapat perbedaan mendasar antara deskripsi perilaku objek mikro yang diteliti dan deskripsi tindakan alat ukur. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa kerja alat ukur pada prinsipnya harus dijelaskan dalam bahasa fisika klasik, tetapi objek yang diteliti tidak dapat dijelaskan dalam bahasa tersebut.
Pendekatan korpuskular dalam menjelaskan fenomena dan proses fisika selalu dipadukan dengan pendekatan kontinum sejak munculnya fisika interaksi. Hal itu terungkap dalam konsep medan dan pengungkapan perannya dalam interaksi fisik. Representasi medan sebagai aliran jenis partikel tertentu (teori medan kuantum) dan atribusi sifat gelombang ke objek fisik apa pun (hipotesis Louis de Broglie) menyatukan kedua pendekatan analisis fenomena fisik ini.
Interaksi yang lemah - konsep dan tipe. Klasifikasi dan ciri-ciri kategori “Interaksi lemah” 2017, 2018.
Waktu ibarat sungai yang membawa peristiwa-peristiwa yang berlalu, dan arusnya kuat; Begitu sesuatu muncul di depan mata Anda, itu sudah terbawa, dan Anda dapat melihat sesuatu yang lain yang juga akan segera terbawa.
Marcus Aurelius
Kita masing-masing berusaha menciptakan gambaran dunia yang holistik, termasuk gambaran Alam Semesta, dari partikel subatom terkecil hingga skala terbesar. Namun hukum fisika terkadang begitu aneh dan berlawanan dengan intuisi sehingga tugas ini bisa menjadi sangat berat bagi mereka yang belum menjadi ahli fisika teoretis profesional.
Seorang pembaca bertanya:
Walaupun ini bukan astronomi, mungkin Anda bisa memberi saya petunjuk. Gaya kuat dibawa oleh gluon dan mengikat quark dan gluon menjadi satu. Elektromagnetik dibawa oleh foton dan mengikat partikel bermuatan listrik. Gravitasi seharusnya dibawa oleh graviton dan mengikat semua partikel menjadi massa. Yang lemah dibawa oleh partikel W dan Z, dan... berhubungan dengan peluruhan? Mengapa gaya lemah digambarkan seperti ini? Apakah gaya lemah bertanggung jawab atas gaya tarik-menarik dan/atau tolak-menolak suatu partikel? Dan yang mana? Dan jika tidak, lalu mengapa ini menjadi salah satu interaksi mendasar jika tidak terkait dengan kekuatan apa pun? Terima kasih.
Mari kita bahas dasar-dasarnya. Ada empat gaya fundamental di alam semesta – gravitasi, elektromagnetisme, gaya nuklir kuat, dan gaya nuklir lemah.
Dan semua ini adalah interaksi, kekuatan. Untuk partikel yang keadaannya dapat diukur, penerapan gaya mengubah momennya - dalam kehidupan biasa, dalam kasus seperti ini kita berbicara tentang percepatan. Dan bagi ketiga kekuatan ini, hal ini benar adanya.
Dalam kasus gravitasi, jumlah total energi (sebagian besar massa, tetapi semua energi termasuk) membengkokkan ruangwaktu, dan gerak semua partikel lainnya berubah dengan adanya segala sesuatu yang berenergi. Inilah cara kerjanya dalam teori gravitasi klasik (non-kuantum). Mungkin ada teori yang lebih umum, gravitasi kuantum, di mana pertukaran graviton mengarah pada apa yang kita amati sebagai interaksi gravitasi.
Sebelum Anda melanjutkan, harap dipahami:
- Partikel mempunyai sifat, atau sesuatu yang melekat pada dirinya, yang memungkinkannya merasakan (atau tidak merasakan) jenis gaya tertentu.
- Partikel lain yang membawa interaksi berinteraksi dengan partikel pertama
- Sebagai hasil interaksi, partikel mengubah momennya, atau mempercepatnya
Dalam elektromagnetisme, sifat utamanya adalah muatan listrik. Berbeda dengan gravitasi, gravitasi bisa positif atau negatif. Foton, sebuah partikel yang membawa gaya yang berhubungan dengan suatu muatan, menyebabkan muatan sejenis tolak menolak dan muatan tak sejenis tarik menarik.
Perlu dicatat bahwa muatan yang bergerak, atau arus listrik, mengalami manifestasi lain dari elektromagnetisme - magnetisme. Hal yang sama terjadi dengan gravitasi, dan ini disebut gravitomagnetisme (atau gravitoelektromagnetisme). Kami tidak akan membahasnya lebih dalam - intinya tidak hanya ada muatan dan pembawa gaya, tetapi juga arus.
Ada juga interaksi nuklir kuat, yang memiliki tiga jenis muatan. Meskipun semua partikel memiliki energi dan tunduk pada gravitasi, dan meskipun quark, setengah lepton dan sepasang boson mengandung muatan listrik - hanya quark dan gluon yang memiliki muatan berwarna dan dapat mengalami gaya nuklir kuat.
Ada banyak massa dimana-mana, sehingga gravitasi mudah diamati. Dan karena gaya kuat dan elektromagnetismenya cukup kuat, maka keduanya juga mudah diamati.
Tapi bagaimana dengan yang terakhir? Interaksi yang lemah?
Kita biasanya membicarakannya dalam konteks peluruhan radioaktif. Quark atau lepton yang berat terurai menjadi lebih ringan dan lebih stabil. Ya, interaksi yang lemah ada hubungannya dengan ini. Namun dalam contoh ini, gaya ini berbeda dengan gaya lainnya.
Ternyata interaksi yang lemah juga merupakan sebuah kekuatan, hanya saja jarang dibicarakan. Dia lemah! 10.000.000 kali lebih lemah dari elektromagnetisme pada jarak diameter proton.
Partikel bermuatan selalu mempunyai muatan, baik bergerak atau tidak. Namun arus listrik yang dihasilkannya bergantung pada pergerakannya relatif terhadap partikel lain. Arus menentukan magnetisme, yang sama pentingnya dengan bagian kelistrikan elektromagnetisme. Partikel gabungan seperti proton dan neutron memiliki momen magnet yang signifikan, sama seperti elektron.
Quark dan lepton hadir dalam enam rasa. Quark - atas, bawah, aneh, terpesona, menawan, benar (sesuai dengan sebutan hurufnya dalam bahasa Latin u, d, s, c, t, b - atas, bawah, aneh, pesona, atas, bawah). Lepton - elektron, elektron-neutrino, muon, muon-neutrino, tau, tau-neutrino. Masing-masing memiliki muatan listrik, tetapi juga aroma. Jika kita menggabungkan elektromagnetisme dan gaya lemah untuk mendapatkan gaya elektrolemah, maka masing-masing partikel akan mempunyai muatan lemah, atau arus elektrolemah, dan konstanta gaya lemah. Semua ini dijelaskan dalam Model Standar, namun cukup sulit untuk mengujinya karena elektromagnetismenya sangat kuat.
Dalam percobaan baru, yang hasilnya dipublikasikan baru-baru ini, kontribusi interaksi lemah diukur untuk pertama kalinya. Eksperimen tersebut memungkinkan untuk menentukan interaksi lemah quark atas dan bawah
Dan muatan lemah proton dan neutron. Prediksi Model Standar untuk muatan lemah adalah:
Q W (p) = 0,0710 ± 0,0007,
Q W (n) = -0,9890 ± 0,0007.
Dan berdasarkan hasil hamburan, percobaan tersebut menghasilkan nilai sebagai berikut:
Q W (p) = 0,063 ± 0,012,
Q W (n) = -0,975 ± 0,010.
Yang sangat sesuai dengan teori, dengan mempertimbangkan kesalahannya. Para peneliti mengatakan bahwa dengan memproses lebih banyak data, mereka akan semakin mengurangi kesalahan. Dan jika ada kejutan atau perbedaan dari Model Standar, itu keren! Tapi tidak ada yang menunjukkan hal ini:
Oleh karena itu, partikel mempunyai muatan yang lemah, tetapi kita tidak membicarakannya, karena sulit diukur secara tidak realistis. Namun kami tetap melakukannya, dan tampaknya kami telah menegaskan kembali Model Standar.
Pembaca akrab dengan kekuatan-kekuatan yang sifatnya berbeda-beda yang memanifestasikan dirinya di dalamnya interaksi antar tubuh. Namun pada dasarnya tipenya berbeda interaksi sangat sedikit. Selain gravitasi, yang memainkan peran penting hanya dengan adanya massa yang sangat besar, hanya ada tiga jenis interaksi yang diketahui: kuat, elektromagnetik dan lemah.
Elektromagnetik interaksi semua orang tahu. Berkat mereka, muatan listrik yang bergerak tidak merata (misalnya, elektron dalam atom) memancarkan gelombang elektromagnetik (misalnya, cahaya tampak). Semua proses kimia dikaitkan dengan kelas interaksi ini, serta semua fenomena molekuler - tegangan permukaan, kapilaritas, adsorpsi, fluiditas. Elektromagnetik interaksi, teori yang secara cemerlang dikonfirmasi oleh pengalaman, sangat berkaitan dengan muatan listrik dasar partikel.
Kuat interaksi baru diketahui setelah ditemukannya struktur internal inti atom. Pada tahun 1932 ditemukan bahwa ia terdiri dari nukleon, neutron, dan proton. Dan tepatnya kuat interaksi menghubungkan nukleon dalam inti - bertanggung jawab atas gaya nuklir, yang, tidak seperti gaya elektromagnetik, dicirikan oleh rentang aksi yang sangat pendek (sekitar 10-13, yaitu sepersepuluh triliun sentimeter) dan intensitas tinggi. Selain itu, kuat interaksi muncul saat tabrakan partikel energi tinggi yang melibatkan pion dan apa yang disebut "aneh" partikel.
Lebih mudah untuk memperkirakan intensitas interaksi menggunakan apa yang disebut jalur bebas rata-rata partikel dalam beberapa zat, mis. sepanjang rata-rata panjang jalur, yang partikel dapat melewati zat ini sampai terjadi tumbukan yang merusak atau membelokkan kuat. Jelas bahwa semakin panjang jalur bebas rata-rata, semakin sedikit intensitas interaksinya.
Jika kita mempertimbangkan partikel energinya sangat tinggi, maka tumbukan yang ditimbulkannya kuat interaksi, dicirikan oleh jalur bebas partikel, sesuai dengan urutan besarnya hingga puluhan sentimeter pada tembaga atau besi.
Situasinya berbeda dengan yang lemah interaksi. Seperti yang telah kami katakan, jalur bebas rata-rata neutrino dalam materi padat diukur dalam satuan astronomi. Hal ini menunjukkan intensitas interaksi lemah yang sangat rendah.
Proses apa pun interaksi dasar partikel ditandai dengan waktu tertentu yang menentukan durasi rata-ratanya. Proses yang disebabkan oleh lemah interaksi, sering disebut “lambat” karena waktu yang dibutuhkan relatif lama.
Namun pembaca mungkin terkejut bahwa suatu fenomena yang terjadi dalam waktu, katakanlah, 10-6 (sepersejuta) detik tergolong lambat. Masa hidup ini khas, misalnya, peluruhan muon disebabkan oleh lemah interaksi. Tapi semuanya dipelajari dengan perbandingan. di dunia dasar partikel jangka waktu seperti itu memang cukup lama. Satuan panjang alami dalam mikrokosmos adalah 10-13 sentimeter - jari-jari aksi gaya nuklir. Dan sejak SD partikel energi tinggi memiliki kecepatan mendekati kecepatan cahaya (sekitar 1010 sentimeter per detik), maka skala waktu “normal” untuknya adalah 10-23 detik.
Artinya, waktu 10-6 detik bagi “warga” dunia mikro jauh lebih lama dibandingkan bagi Anda dan saya seluruh periode keberadaan kehidupan di Bumi.
INTERAKSI LEMAH- salah satu dari empat yayasan yang diketahui. interaksi di antara . S.v. jauh lebih lemah dari kuat dan el-magnetik. interaksi, tetapi jauh lebih kuat daripada interaksi gravitasi. Di tahun 80an Telah ditetapkan bahwa lemah dan el-magn. interaksi - berbeda. manifestasi dari satu interaksi elektrolemah.
Intensitas interaksi dapat dinilai dari kecepatan proses yang ditimbulkannya. Biasanya laju proses dibandingkan satu sama lain pada energi GeV, karakteristik fisika partikel elementer. Pada energi tersebut, proses yang disebabkan oleh interaksi kuat terjadi dalam waktu s, el-magn. proses dari waktu ke waktu, waktu karakteristik dari proses yang terjadi karena energi matahari. (proses lemah), lebih banyak lagi:c, sehingga di dunia partikel elementer, proses lemah berlangsung sangat lambat.
Ciri interaksi lainnya adalah partikel dalam materi. Partikel yang berinteraksi kuat (hadron) dapat ditahan oleh pelat besi dengan beberapa ketebalan. puluhan sentimeter, sedangkan neutrino yang hanya memiliki kecepatan kuat akan melewati pelat besi setebal sekitar satu miliar km tanpa mengalami tumbukan satu pun. Gravitasi bahkan lebih lemah. interaksi, yang kekuatannya pada energi ~1 GeV adalah 10 33 kali lebih kecil dibandingkan energi matahari. Namun, biasanya peran gravitasi. interaksi jauh lebih terlihat daripada peran abad S.. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa gravitasi interaksi, seperti interaksi elektromagnetik, memiliki jangkauan aksi yang sangat luas; oleh karena itu, misalnya, gaya gravitasi bekerja pada benda yang terletak di permukaan bumi. gaya tarik semua atom yang menyusun bumi. Interaksi lemah memiliki rentang tindakan yang sangat singkat: kira-kira. 2*10 -16 cm (tiga kali lipat lebih kecil dari radius interaksi kuat). Sebagai akibatnya, misalnya, S. v. antara inti dua atom tetangga yang terletak pada jarak 10 -8 cm sangatlah kecil, jauh lebih lemah tidak hanya dibandingkan atom elektromagnetik, tetapi juga gravitasi. interaksi di antara mereka.
Namun, meskipun ukurannya kecil dan tindakannya pendek, S. Century. mempunyai peranan yang sangat penting di alam. Jadi, jika energi matahari bisa “dimatikan”, maka Matahari akan padam, karena proses pengubahan proton menjadi neutron, positron, dan neutrino tidak mungkin dilakukan, akibatnya empat proton berubah menjadi 4. Dia, dua positron dan dua neutrino. Proses ini berfungsi sebagai yang utama sumber energi dari Matahari dan sebagian besar bintang (lihat Siklus hidrogen). Proses abad S. dengan emisi neutrino umumnya sangat penting dalam evolusi bintang, karena menyebabkan hilangnya energi pada bintang yang sangat panas, pada ledakan supernova dengan pembentukan pulsar, dll. Jika tidak ada radiasi matahari, muon dan meson, yang aneh dan menawan, akan stabil dan tersebar luas dalam partikel materi biasa yang hancur sebagai a hasil abad S.. Peran SE yang begitu besar disebabkan karena tidak tunduk pada sejumlah larangan yang bersifat kuat dan el-magnetik. interaksi. Secara khusus, S.v. mengubah lepton bermuatan menjadi neutrino, dan satu jenis (rasa) menjadi quark jenis lainnya.
Intensitas proses lemah meningkat dengan cepat seiring dengan meningkatnya energi. Jadi, peluruhan beta neutron,pelepasan energi di Krom kecil (~1 MeV), berlangsung kira-kira. 10 3 s, yaitu 10 13 kali lebih besar dari masa hidup hiperon, pelepasan energi selama peluruhannya adalah ~100 MeV. Penampang interaksi dengan nukleon untuk neutrino dengan energi ~100 GeV adalah kira-kira. satu juta kali lebih banyak dibandingkan neutrino dengan energi ~1 MeV. Menurut teori Menurut gagasan tersebut, pertumbuhan penampang akan bertahan hingga beberapa energi. ratusan GeV (dalam sistem pusat inersia partikel yang bertabrakan). Pada energi-energi ini dan pada perpindahan momentum yang besar, efek-efek terkait dengan keberadaan boson vektor perantara. Pada jarak antara partikel yang bertabrakan jauh lebih kecil dari 2*10 -16 cm (panjang gelombang Compton boson perantara), S.v. dan el-mag. interaksi mempunyai intensitas yang hampir sama.
Naib. proses umum yang disebabkan oleh abad S. - peluruhan beta inti atom radioaktif. Pada tahun 1934, E. Fermi membangun teori pembusukan yang melibatkan makhluk tertentu. modifikasi membentuk dasar dari teori berikutnya yang disebut. sistem empat fermion lokal universal. (Interaksi Fermi). Menurut teori Fermi, elektron dan neutrino (lebih tepatnya) yang keluar dari inti radioaktif tidak berada di dalamnya sebelumnya, tetapi muncul pada saat peluruhan. Fenomena ini mirip dengan emisi foton berenergi rendah (cahaya tampak) oleh atom tereksitasi atau foton berenergi tinggi (kuanta) oleh inti tereksitasi. Alasan terjadinya proses tersebut adalah interaksi listrik. partikel dengan el-magn. bidang: partikel bermuatan yang bergerak menciptakan arus elektromagnetik, yang mengganggu magnet listrik. bidang; Sebagai hasil interaksi, partikel mentransfer energi ke kuanta medan ini - foton. Interaksi foton dengan el-magn. saat ini dijelaskan oleh ekspresi A. Di Sini e- listrik dasar muatan, yang merupakan konstanta el-magn. interaksi (lihat Konstanta interaksi), A- operator medan foton (yaitu, operator pembuatan dan pemusnahan foton), j em - operator kepadatan el-magn. saat ini (Seringkali, ekspresi arus elektromagnetik juga mencakup pengali e.) Semua biaya berkontribusi pada j em. partikel. Misalnya, istilah yang berhubungan dengan elektron mempunyai bentuk: di mana adalah operator pemusnahan elektron atau kelahiran positron, dan merupakan operator kelahiran elektron atau pemusnahan positron. [Untuk mempermudah, tidak ditunjukkan di atas bahwa j em, juga A, adalah vektor empat dimensi. Lebih tepatnya, Anda harus menulis satu set empat ekspresi di mana - matriks Dirac,= 0, 1, 2, 3. Masing-masing ekspresi ini dikalikan dengan komponen vektor empat dimensi yang bersesuaian.]
Interaksi tersebut tidak hanya menggambarkan emisi dan penyerapan foton oleh elektron dan positron, tetapi juga proses seperti penciptaan pasangan elektron-positron oleh foton (lihat. Kelahiran pasangan)atau penghancuran pasangan ini menjadi foton. Pertukaran foton antara dua muatan. partikel menyebabkan interaksi mereka satu sama lain. Akibatnya, misalnya, terjadi hamburan elektron oleh proton, yang ditunjukkan secara skematis Diagram Feynman, disajikan pada Gambar. 1. Ketika proton dalam inti berpindah dari satu tingkat ke tingkat lainnya, interaksi yang sama dapat menyebabkan lahirnya pasangan elektron-positron (Gbr. 2).
Teori peluruhan Fermi pada dasarnya mirip dengan teori el-magnetik. proses. Fermi mendasarkan teorinya pada interaksi dua “arus lemah” (lihat. Saat ini dalam teori medan kuantum), tetapi berinteraksi satu sama lain bukan pada jarak jauh melalui pertukaran partikel - medan kuantum (foton dalam kasus interaksi listrik-magnetik), tetapi secara kontak. Inilah interaksi antara empat medan fermion (empat fermion p, n, e dan neutrino v) di zaman modern. notasi mempunyai bentuk: 
. Di Sini G F- Konstanta Fermi, atau konstanta interaksi empat fermion lemah, eksperimental. arti memotong 
erg*cm 3 (nilainya berdimensi kuadrat panjangnya, dan dalam satuan adalah konstanta 
, Di mana M- massa proton), - operator kelahiran proton (penghancuran antiproton), - operator pemusnahan neutron (penghancuran antineutron), - operator kelahiran elektron (penghancuran positron), ay
- operator penghancuran neutrino (kelahiran antineutrino). (Selanjutnya, operator penciptaan dan pemusnahan partikel ditunjukkan dengan simbol partikel yang bersangkutan, yang dicetak tebal.) Arus yang mengubah neutron menjadi proton kemudian disebut nukleon, dan arus - lepton. Fermi mendalilkan hal itu, seperti el-magn. arus, arus lemah juga merupakan vektor empat dimensi: Oleh karena itu, interaksi Fermi disebut. vektor. 
Mirip dengan kelahiran pasangan elektron-positron (Gbr. 2), peluruhan neutron dapat dijelaskan dengan diagram serupa (Gbr. 3) [antipartikel ditandai dengan simbol “tilde” di atas simbol partikel yang bersesuaian. ]. Interaksi arus lepton dan nukleon seharusnya mengarah pada proses lain, misalnya. untuk bereaksi 
(Gbr. 4), untuk mengukus (Gbr. 5) dan 
dll.
Makhluk Perbedaan arus lemah dan arus elektromagnetik adalah arus lemah mengubah muatan partikel, sedangkan arus listrik mengubah muatan partikel. arus tidak berubah: arus lemah mengubah neutron menjadi proton, elektron menjadi neutrino, dan arus elektromagnetik meninggalkan proton sebagai proton, dan elektron sebagai elektron. Oleh karena itu, tokii ev yang lemah disebut. arus bermuatan. Menurut terminologi ini, magnet listrik biasa. arusnya adalah arus netral.
Teori Fermi didasarkan pada hasil tiga penelitian berbeda. bidang: 1) eksperimental. penelitian abad S. itu sendiri (-peluruhan), yang mengarah pada hipotesis keberadaan neutrino; 2) percobaan. penelitian tentang gaya kuat (), yang mengarah pada penemuan proton dan neutron dan pemahaman bahwa inti atom terbuat dari partikel-partikel ini; 3) percobaan. dan teoritis penelitian el-magnetik interaksi, sebagai akibatnya landasan teori medan kuantum diletakkan. Perkembangan lebih lanjut dari fisika partikel elementer telah berulang kali menegaskan saling ketergantungan yang bermanfaat dalam penelitian bidang kuat, lemah, dan el-magnetik. interaksi.
Teori universal empat fermion sv. berbeda dari teori Fermi dalam beberapa hal dan poin. Perbedaan-perbedaan ini, yang terjadi pada tahun-tahun berikutnya sebagai hasil studi tentang partikel-partikel elementer, diringkas sebagai berikut.
Hipotesis bahwa S.v. tidak menjaga keseimbangan, dikemukakan oleh Lee Tsung-Dao dan Yang Chen Ning pada tahun 1956 dengan teori penelitian peluruhan K-meson; segera gagal R- dan paritas C ditemukan secara eksperimental dalam peluruhan inti [Bu Chien-Shiung dan rekan kerja], dalam peluruhan muon [R. Garwin (R. Garwin), L. Lederman (L. Lederman), V. Telegdi (V. Telegdi), J. Friedman (J. Friedman), dll] dan dalam peluruhan partikel lainnya.
Meringkas eksperimen besar. materi, M. Gell-Mann, P. Feynman, P. Marshak, dan E. Sudarshan pada tahun 1957 mengajukan teori universal S. v. - yang disebut V- A-teori. Dalam formulasi yang didasarkan pada struktur quark hadron, teori ini menyatakan bahwa total arus bermuatan lemah ju adalah jumlah arus lepton dan quark, dengan masing-masing arus elementer ini mengandung kombinasi matriks Dirac yang sama:
Ternyata nanti, pengisi dayanya. Arus lepton, yang diwakili dalam teori Fermi dengan satu suku, adalah jumlah dari tiga suku: 
dan masing-masing muatan yang diketahui. lepton (elektron, muon dan lepton berat) sudah termasuk dalam biaya. saat ini dengan Anda neutrino.
Mengenakan biaya arus hadronik, yang diwakili oleh istilah dalam teori Fermi, adalah jumlah dari arus kuark. Pada tahun 1992, lima jenis quark telah dikenal , dari mana semua hadron yang diketahui dibangun, dan keberadaan kuark keenam ( T Dengan Q =+ 2/3). Arus quark bermuatan, serta arus lepton, biasanya ditulis sebagai jumlah dari tiga suku: 
Namun, berikut adalah kombinasi operator linier d, s, b, jadi arus bermuatan quark terdiri dari sembilan suku. Masing-masing arus merupakan penjumlahan dari arus vektor dan arus aksial dengan koefisien sama dengan satu.
Koefisien sembilan arus quark bermuatan biasanya direpresentasikan sebagai matriks 3x3, yang ujung-ujungnya diparameterisasi oleh tiga sudut dan faktor fase yang mencirikan gangguan tersebut. CP-invarian dalam peluruhan lemah. Matriks ini disebut Kobayashi - Matriks Maskawa (M. Kobayashi, T. Maskawa).
Lagrangian S. v. arus bermuatan memiliki bentuk: 
Pemakan, terkonjugasi, dll). Interaksi arus bermuatan ini secara kuantitatif menggambarkan sejumlah besar proses lemah: leptonik, semi-leptonik ( 
dll.) dan non-leptonik ( 
,, dll.). Banyak dari proses ini ditemukan setelah tahun 1957. Selama periode ini, dua fenomena baru yang mendasar juga ditemukan: pelanggaran invariansi CP dan arus netral. 
Pelanggaran invarian CP ditemukan pada tahun 1964 dalam percobaan oleh J. Christenson, J. Cronin, V. Fitch dan R. Turley, yang mengamati peluruhan meson K° yang berumur panjang menjadi dua meson. Kemudian, pelanggaran invarian CP juga diamati pada peluruhan semileptonik. Untuk memperjelas sifat interaksi CP-non-invarian, sangatlah penting untuk menemukan kl. Proses CP-non-invarian dalam peluruhan atau interaksi partikel lain. Secara khusus, pencarian momen dipol neutron merupakan hal yang sangat menarik (kehadirannya berarti pelanggaran invarian terhadap pembalikan waktu, dan oleh karena itu, menurut teorema SRT, dan invarian CP).
Keberadaan arus netral diprediksi oleh teori terpadu arus lemah dan arus listrik. interaksi yang tercipta pada tahun 60an. Sh. Glashow, S. Weinberg, A. Salam dan lain-lain dan kemudian menerima nama tersebut. teori standar interaksi elektrolemah. Menurut teori ini, S. v. bukan merupakan interaksi kontak arus, tetapi terjadi melalui pertukaran boson vektor perantara ( W + , W - , Z 0) - partikel masif dengan spin 1. Dalam hal ini, boson melakukan interaksi muatan. arus (Gbr. 6), dan Z 0-boson bersifat netral (Gbr. 7). Dalam teori standar, tiga boson perantara dan satu foton adalah kuanta vektor, yang disebut. bidang pengukur, bertindak pada transfer momentum empat dimensi yang besarnya asimtotik ( , mz, Di mana mw, mz- massa W- dan Z-boson dalam energi. unit) sepenuhnya sama. Arus netral ditemukan pada tahun 1973 dalam interaksi neutrino dan antineutrino dengan nukleon. Belakangan, proses hamburan muon neutrino oleh sebuah elektron ditemukan, serta efek nonkonservasi paritas dalam interaksi elektron dengan nukleon, yang disebabkan oleh arus netral elektron (efek ini pertama kali diamati dalam eksperimen nonkonservasi paritas di transisi atom yang dilakukan di Novosibirsk oleh L. M. Barkov dan M. S. Zolotorev, serta dalam eksperimen hamburan elektron pada proton dan deuteron di AS).
Interaksi arus netral dijelaskan dengan istilah yang sesuai dalam S.V.
di mana adalah parameter tak berdimensi. Dalam teori standar (nilai eksperimen p bertepatan dengan 1 dalam satu persen akurasi eksperimen dan akurasi perhitungan koreksi radiasi). Total arus netral lemah berisi kontribusi dari semua lepton dan semua quark: 
Sifat yang sangat penting dari arus netral adalah bahwa arus tersebut diagonal, yaitu mereka mentransfer lepton (dan quark) ke dirinya sendiri, dan bukan ke lepton (quark) lain, seperti halnya dengan arus bermuatan. Masing-masing dari 12 arus netral quark dan lepton merupakan kombinasi linier dari arus aksial dengan koefisien. saya 3 dan arus vektor dengan koefisien. 
, Di mana saya 3- proyeksi ketiga dari apa yang disebut. lemah putaran isotop, Q- muatan partikel, dan - Sudut Weinberg.
Perlunya keberadaan empat bidang vektor boson perantara W + , W -, Z 0 dan foton A selanjutnya dapat dijelaskan. jalan. Seperti diketahui, di el-magn. interaksi listrik muatan memainkan peran ganda: di satu sisi, merupakan kuantitas yang kekal, dan di sisi lain, merupakan sumber energi elektromagnetik. medan yang berinteraksi antar partikel bermuatan (konstanta interaksi e). Inilah peran listrik. muatan disediakan oleh pengukur, yang terdiri dari fakta bahwa persamaan teori tidak berubah ketika fungsi gelombang partikel bermuatan dikalikan dengan faktor fase sembarang tergantung pada titik ruang-waktu [lokal simetri U(1)], dan pada saat yang sama el-mag. bidang yang merupakan bidang pengukur mengalami transformasi. Transformasi Grup Lokal kamu(1) dengan satu jenis muatan dan satu bidang pengukur saling bolak-balik (kelompok seperti itu disebut Abelian). Properti yang ditentukan adalah listrik. muatan berfungsi sebagai titik awal untuk konstruksi teori dan jenis interaksi lainnya. Dalam teori-teori ini, kuantitas yang kekal (misalnya, putaran isotop) secara bersamaan merupakan sumber medan pengukur tertentu yang mentransfer interaksi antar partikel. Dalam kasus beberapa jenis “muatan” (misalnya, proyeksi putaran isotop yang berbeda), jika terpisah. transformasi tidak saling berpindah-pindah (kelompok transformasi non-Abelian), ternyata perlu diperkenalkan beberapa. bidang pengukur. (Kelipatan bidang pengukur yang sesuai dengan simetri non-Abelian lokal disebut Ladang Young-Mills.) Khususnya, agar bersifat isotop. spin [yang ditanggapi oleh kelompok lokal SU(2)] bertindak sebagai konstanta interaksi, diperlukan tiga bidang pengukur dengan muatan 1 dan 0 Sejak pada abad S.. arus bermuatan pasangan partikel terlibat 
dll., maka pasangan tersebut dianggap sebagai kembaran dari gugus isospin lemah, yaitu gugus SU(2). Invariansi teori dalam transformasi kelompok lokal S.U.(2) memerlukan, sebagaimana disebutkan, keberadaan triplet bidang pengukur tak bermassa W+, W - , W 0, yang sumbernya adalah isospin lemah (konstanta interaksi G). Dengan analogi interaksi kuat, dimana hipercharge Y partikel yang termasuk dalam isotop. multiplet, ditentukan oleh f-loy Q = saya 3 + Y/2(Di mana saya 3- proyeksi ketiga isospin, a Q- listrik muatan), bersama dengan isospin yang lemah, muatan berlebih yang lemah juga diperkenalkan. Lalu hemat listrik. muatan dan isospin lemah sesuai dengan kekekalan hipermuatan lemah [grup [ kamu(1)]. Hypercharge yang lemah adalah sumber medan pengukur netral B0(konstanta interaksi G"). Dua superposisi medan linier yang saling ortogonal B° Dan W° menjelaskan bidang foton A dan bidang Z-boson: 
Di mana 
. Besarnya sudutlah yang menentukan struktur arus netral. Ini juga mendefinisikan hubungan antara konstanta G, yang mencirikan interaksi boson dengan arus lemah dan arus konstan e, mencirikan interaksi foton dengan listrik. sengatan listrik: 
Agar S. to. bersifat jarak pendek, boson perantara harusnya berukuran besar, sedangkan kuanta medan pengukur aslinya - 
- tidak bermassa. Menurut teori standar, kemunculan massa pada boson perantara terjadi ketika pemutusan simetri spontan SU(2) X U(1)ke kamu(1) mereka. Apalagi salah satu superposisi bidang B0 Dan W 0- foton ( A) tetap tidak bermassa, boson a dan Z memperoleh massa:
Mari kita bereksperimen. data tentang arus netral diberikan 
. Massa yang diharapkan sesuai dengan hal ini W- dan Z-boson, masing-masing, dan
Untuk deteksi W- dan Z-boson diciptakan secara khusus. instalasi di mana boson-boson ini lahir selama tumbukan berkas energi tinggi yang bertabrakan. Instalasi pertama mulai beroperasi pada tahun 1981 di CERN. Pada tahun 1983, muncul laporan tentang deteksi kasus pertama produksi boson vektor perantara di CERN. Data kelahiran dipublikasikan pada tahun 1989 W- Dan Z-boson di penumbuk proton-antiproton Amerika - Tevatron, di Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL). K con. tahun 1980-an nomor penuh W- dan Z-boson yang diamati pada penumbuk proton-antiproton di CERN dan FNAL berjumlah ratusan.
Pada tahun 1989, penumbuk elektron-positroin LEP di CERN dan SLC di Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) mulai beroperasi. Pekerjaan LEP sangat sukses, di mana pada awal tahun 1991 lebih dari setengah juta kasus penciptaan dan pembusukan boson Z telah dicatat. Studi tentang peluruhan Z-boson menunjukkan bahwa tidak ada neutrino lain, kecuali yang diketahui sebelumnya, yang ada di alam. Massa Z-boson diukur dengan akurasi tinggi: t z = 91,173 0,020 GeV (massa boson W diketahui dengan akurasi yang jauh lebih buruk: mw= 80.220.26 GeV). Mempelajari properti W- dan Z-boson menegaskan kebenaran gagasan dasar (pengukur) teori standar interaksi elektrolemah. Namun, untuk menguji teori tersebut secara utuh, perlu juga mempelajari secara eksperimental mekanisme pemutusan simetri spontan. Dalam teori standar, sumber kerusakan simetri spontan 
adalah bidang skalar isdoublet khusus yang mempunyai kekhususan tindakan diri 
, dimana adalah konstanta tak berdimensi, dan konstanta h berdimensi massa 
. Energi interaksi minimum dicapai pada energi terendah. keadaan - vakum - berisi nilai bidang vakum bukan nol. Jika mekanisme pemutusan simetri ini benar-benar terjadi di alam, maka pasti ada boson skalar dasar - yang disebut. Higgs boson(Kuanta bidang Higgs). Teori standar memperkirakan keberadaan setidaknya satu skalar boson (harus netral). Ada beberapa versi teori yang lebih kompleks. partikel tersebut, dan beberapa di antaranya bermuatan (ini mungkin). Berbeda dengan boson perantara, massa boson Higgs tidak diprediksi secara teori.
Teori pengukur interaksi elektrolemah dapat dinormalisasi ulang: ini berarti, khususnya, amplitudo interaksi lemah dan el-magnetik. proses dapat dihitung menggunakan teori perturbasi, dan koreksi yang lebih tinggi berukuran kecil, seperti dalam kuantum biasa (lihat. Kemampuan untuk dinormalisasi ulang). (Sebaliknya, teori kecepatan variabel empat fermion tidak dapat dinormalisasi ulang dan bukan merupakan teori yang konsisten secara internal.)
Ada yang teoretis model Unifikasi Hebat, di mana sebagai sebuah kelompok 
interaksi elektrolemah, dan golongan SU(3)interaksi kuat adalah subkelompok dari satu kelompok, yang dicirikan oleh konstanta interaksi pengukur tunggal. Bahkan lebih banyak dana. model, interaksi ini digabungkan dengan interaksi gravitasi (yang disebut superunifikasi).
menyala.: Dalam Ts. S., Moshkovsky S.A., peluruhan beta, trans. dari bahasa Inggris, M., 1970; Weinberg S., Teori terpadu interaksi partikel elementer, trans. dari bahasa Inggris, UFN, 1976, jilid 118, v. 3, hal. 505; Taylor J., Teori Pengukur Interaksi Lemah, trans. dari bahasa Inggris, M., 1978; Dalam perjalanan menuju teori medan terpadu. Duduk. seni., terjemahan, M., 1980; Okun L.B., Lepton dan quark, edisi ke-2., M., 1990. L.B. Okun.
