Слаб ефект

Въведение

Слабото взаимодействие(известно още катослаба силаилислаба основна сила) е една от четирите основни сили на природата, а другите три са силна ядрена сила, електромагнитна сила и всемирна гравитация. причинен от него активен разпад на субатомни частици ,и процес, наречен водороден синтез в звездите, също се инициира от него. Слабото взаимодействие засяга всички фермиони, тоест всички частици с полу-странни завъртания.

Inthestandardmodelofparticlephysics,thetheoryofweakinteractionpointsoutthatitiscausedbytheexchange(emissionandabsorption)oftheWandZbosons,becausetheweakforceiscausedbytheglassItiscausedbytheemission(orabsorption)ofdice,soitisanon-contactforce.Themostfamousofthistypeofemissionisbetadecay,whichisamanifestationofradioactivity.Heavyparticlesareunstable.SinceZandWbosonsaremuchheavierthanprotonsorneutrons,thedistanceofweakinteractionisveryshort.Thiskindofinteractioniscalled"weak"becausetheprobabilityofβdecayismuchlowerthanthatofstronginteraction,whichmeansthatitsgeneralstrengthisseveralordersofmagnitudeweakerthanelectromagneticandstrongnuclearforces.Afteraperiodoftime,mostparticleswilldecaythroughweakinteractions.Weakinteractionshaveauniquecharacteristic—thatis,quarktastechanges—thatotherinteractionscannotdo.Inaddition,itwilldestroyparitysymmetryandCPsymmetry.Thetastechangeofquarkallowsquarktobeinterchangedamongthesix"flavors".

Theearliestdescriptionofweakforcewasinthe1930s.ItwastheFermitheoryofthefour-fermioncontactinteraction:contactmeansnodistance(thatis,completelyphysicalcontact).Butnowitisbettertodescribeitintermsofafieldwitharangeofaction,eventhoughthatdistanceisveryshort.In1968,theelectromagneticandweakinteractionswereunified.Theyaretwoaspectsofthesameforce,whicharenowcalledweakelectricinteractions.

Weakinteractionsaremostobviousinthebetadecayofparticles,andalsointheprocessofproducingheavyhydrogenandheliumfromhydrogen(theenergysourceforstellarthermonuclearreactions).Radiocarbondatingusesthistypeofdecay,wherecarbon-14decaysintonitrogen-14throughweakinteractions.Itcanalsocreateradiantcoldlight,whichiscommoninsuperheavyhydrogenlighting;italsocreatestheapplicationfieldofβvolts(usingβ-rayelectronsaselectriccurrent).

Свойства

Слабото взаимодействие има следните характеристики:

1. Единственото взаимодействие, което може да промени вкуса на кварка.

2. Единственото взаимодействие, което прави равенството неконсервативно. Следователно е и единственото взаимодействие, което нарушава CP симетрията.

3. Взаимодействие, опосредствано от огромен калибровъчен бозон. Тази необичайна характеристика може да бъде извлечена от механизма на Хигс на стандартния модел.

Поради голямата маса на бозоните, възможността за слаб разпад е сравнително ниска в сравнение със силния или електромагнитен разпад, така че протича по-бавно. Например, когато неутрален пион преминава през електромагнитен разпад, неговият живот е около 10^-16секунди; докато зареденият пион се разпада ухслаба ядрена сила, животът й е около 10^-8секунди, което е сто милиона пъти повече от предишното. , времето на живот на свободен неутрон (който се разпада чрез слаби взаимодействия) е около 15 минути.

Foralongtime,peoplethoughtthatthelawsofnaturewouldremainunchangedaftermirrorreflection,whichisequivalenttoreversingallspatialaxes.Thatistosay,lookingattheexperimentinthemirror,andlookingattheexperimentafterturningtheexperimentalequipmentintothemirrordirection,theresultsofthetwoexperimentswillbethesame.Thisso-calledlawiscalledtheconservationofparity.Classicalgravity,electromagneticandstronginteractionallobeythislaw;itisassumedtobeauniversallaw.However,inthemid-1950s,YangZhenningandLiZhengdaoproposedthatweakinteractionsmightbreakthislaw.WuJianxiongandhiscolleaguesdiscoveredthenon-conservationofparityinweakinteractionsin1957,andbroughtYangZhenningandLiZhengdaothe1957NobelPrizeinPhysics.

AlthoughFermitheorycanbeusedtodescribeweakinteractionsbefore,afterthediscoveryofparitynon-conservationandrenormalizationtheories,weakinteractionsneedanewdescriptionmethod.In1957,RobertMasakandGeorgeSudarshan,andlaterRichardFeynmanandMurrayGellman,proposedtheweakinteractionV-A(vectorVminusaxisvectorAorlefthand)Lagrangian.Inthissetoftheories,weakinteractionsonlyactonleft-handedparticles(orright-handedantiparticles).Sincethemirrorreflectionoftheleft-handedparticleisthatoftheright-handedparticle,thisexplainsthegreatestdestructionofparity.Interestingly,sincetheZbosonhasnotbeendiscoveredduringthedevelopmentofV-A,thetheorydoesnotincludetheright-handfieldthatenterstheneutralflowinteraction.

However,thistheoryallowstheconservationofcompoundsymmetryCP.CPconsistsoftwoparts,parityP(leftandrightinterchange)andchargeconjugateC(replacingparticleswithantiparticles).Adiscoveryin1964wascompletelyunexpectedbyphysicists.JamesCroninandValFitchusedKmesondecaytoprovideclearevidenceforCPsymmetrybreakingundertheactionofweakphases,andthetwoobtained1980TheNobelPrizeinPhysicsoftheYear.MakotoKobayashiandToshihideMaskawapointedoutin1972thatCPdestructionofweakinteractionrequiresmorethantwogenerationsofparticles.Therefore,thisdiscoveryactuallypredictedtheexistenceofthird-generationparticles,andthispredictionbroughtthemin2008.HalftheNobelPrizeinPhysics.Unlikeparitynon-conservation,theprobabilityofCPdestructionisnothigh,butitisstillakeytosolvingtheimbalanceofmatterandantimatterintheuniverse;itthereforebecomesthethreeconditionsofAndreySakharov’sbaryonproductionprocessone.

Типове взаимодействия

Има два вида слаби взаимодействия. Първият се нарича „взаимодействие на товарния поток“, тъй като частиците, отговорни за пренасянето му, са заредени (W+или W−) и β се причинява от него. Вторият се нарича „взаимодействие на неутрален поток“, тъй като частицата, отговорна за транспортирането му, Zboson, е неутрална (не такса).

Взаимодействие на потока на натоварване

В нито едно от взаимодействията на потока на натоварване зареден лептон (като електроненнормуон със заряд от −1) може да абсорбираW+

Бозон(заряд е+1) и след това се преобразува в съответното неутрино (заряд е 0) и типът(генерирането) на неутрино(електрон,μ иτ) преди взаимодействието Лептоните са едни и същи, например:

По подобен начин долният кварк (заряд на −⁄₃) може да премине ЕмитаW-бозон, или абсорбираW+бозон, за да се трансформира в кварк от тип нагоре (зарядът е +⁄₃). По-точно, кваркът от тип надолу се превръща в състояние на квантова суперпозиция на кварк от тип нагоре :това има възможността да се трансформира във всеки от трите кварка от тип up и големината на възможността се описва от матрицата CKM. Обратно, кварк от тип up може да се превърне в W+бозон или абсорбираW−бозон и след това да се преобразува в кварк от по-нисък тип:

Тъй като Wboson е много нестабилен, следователно има кратък живот и се разпада бързо. Например:

Wboson може да се разпадне в други продукти, възможността е различна.

Intheso-calledbetadecayofneutrons(seethefigureabove),thelowerquarkintheneutronemitsavirtualW-boson,whichistransformedintoanupperquark,andtheneutronistransformedaccordinglyIntoaproton.Duetotheenergyintheprocess(thatis,thedifferenceinmassbetweenthelowerquarkandtheupperquark),W−canonlybetransformedintoanelectronandacounter-electronneutrino.Atthequarklevel,theprocesscanbedescribedbythefollowingformula:

Взаимодействие с неутрален поток

Бездействие,акваркоралептон(такъвелектронормуон)емитсорабсорбиранеутраленZбозон.Например:

Подобно на Wboson, Zboson също ще се разпадне бързо, например:

Electroweaktheory

Inthedescriptionofthestandardmodelofparticlephysics,weakinteractionandelectromagneticinteractionaredifferentaspectsofthesamekindofinteraction,calledweakelectricityInteraction,thistheorywaspublishedin1968,developedbySheldonGlashaw,AbdulSalamandStevenWeinberg.TheirresearchwasaffirmedbytheNobelPrizeinPhysicsin1979.TheHiggsmechanismexplainstheexistenceofthreemassivebosons(threeweaklyinteractingcarriers),aswellasmasslessphotonswithelectromagneticinteraction.

Accordingtotheelectroweaktheory,whentheenergyisveryhigh,therearefourmasslessgaugebosonfieldsintheuniverse.Theyaresimilartophotons,andthereisadoublestateofthecomplexvectorHiggsfield.However,whentheenergyislow,gaugesymmetrywillspontaneouslybreakandbecomeU(1)symmetryofelectromagneticinteraction(oneoftheHiggsfieldhasavacuumexpectationvalue).Althoughthissymmetrybreakingwillproducethreemasslessbosons,theywillfusewiththreephoton-likefields,sothattheHiggsmechanismwillbringthemmass.ThesethreefieldsbecomeweaklyinteractingW+,W−,andZbosons,whilethefourthgaugefieldcontinuestoremainmassless,thatis,photonsofelectromagneticinteraction.

Althoughthistheorymakesseveralpredictions,includingthemassesoftheZandWbosonsbeforetheyarediscovered,theHiggsbosonitselfhasnotyetbeendiscovered.OneofthemaintasksoftheLargeHadronColliderundertheEuropeanOrganizationforNuclearResearchistoproducetheHiggsboson.OnMarch14,2013,theEuropeanOrganizationforNuclearResearchissuedapressreleaseofficiallyannouncingthedetectionofanewparticle,theHiggsboson.