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.

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 — B ⁰ и W ⁰ :

${\displaystyle \gamma =B^{0}\cdot \cos \theta _{W}+W^{0}\cdot \sin \theta _{W},}$

${\displaystyle Z^{0}=-B^{0}\cdot \sin \theta _{W}+W^{0}\cdot \cos \theta _{W},}$

где ${\displaystyle \theta _{W}}$ — 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 ${\displaystyle SU(2)\times U(1)_{Y}}$ к ${\displaystyle U(1)_{em}}$ , вызванного механизмом Хиггса (см. также Хиггсовский бозон ). Нижние индексы используются, чтобы показать, что существуют различные варианты ${\displaystyle U(1)}$ ; генератор ${\displaystyle U(1)_{em}}$ даётся выражением ${\displaystyle Q=Y/2+I_{3}}$ , где Y — генератор ${\displaystyle U(1)_{Y}}$ (т. н. слабый гиперзаряд ), а ${\displaystyle I_{3}}$ — один из генераторов ${\displaystyle SU(2)}$ (компонент изоспина ). Различие между электромагнетизмом и слабым взаимодействием появляется вследствие (нетривиальной) линейной комбинации Y и ${\displaystyle I_{3}}$ , которая исчезает для бозона Хиггса (это собственное состояние как Y , так и ${\displaystyle I_{3}}$ ): ${\displaystyle U(1)_{em}}$ 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

• — статья из Физической энциклопедии

См. также

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