Johdanto
Heikko vuorovaikutus (tunnetaan myös heikkona voimanataiheikkona voimana) on yksi neljästä luonnonvoimasta, magneettivoimasta ja voimakkaasta säteilystä. sen aiheuttama subatomisten hiukkasten oaktiivinen hajoaminen ,ja prosessi, jota kutsutaan vetyfuusioksi tähtien aikana.Heikko vuorovaikutus vaikuttaakaikkiin fermioneihin,eli kaikkiin hiukkasiin, joissa on puolikierteitä.
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).
Ominaisuudet
Heikoilla vuorovaikutuksilla on seuraavat ominaisuudet:
Ainoa vuorovaikutus, joka voi muuttaa rahkan maun.
Ainoa vuorovaikutus, joka tekee parisuhteesta epäkonservatiivisen. Siksi se on myös vain vuorovaikutusta, joka rikkoo CP-symmetriaa.
Vuorovaikutusta massamittaribosonin välittämä. Tämä epätavallinen ominaisuus voi johtua vakiomallin Higgs-mekanismista.
Bosonien suuren massan vuoksi heikon vaimenemisen mahdollisuus on suhteellisen pieni verrattuna voimakkaaseen tai sähkömagneettiseen hajoamiseen, joten se tapahtuu hitaammin. Esimerkiksi kun neutraalipioni läpäisee sähkömagneettisen heikkenemisen, sen elinikä on noin 10-kertainen ydinvoima, sen elinikä on noin 10-8sekuntia, mikä on satamiljoonakertaa edelliseen verrattuna. ,vapaan neutronin (joka vaimenee heikoista vuorovaikutuksista) käyttöikä on noin 15 minuuttia.
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.
Vuorovaikutustyypit
Heikkoja vuorovaikutuksia on kahta tyyppiä. Ensimmäistä kertaa kutsutaan "kuormanvirtausvuorovaikutukseksi", koska sen aiheuttamat hiukkaset, jotka ovat vastuussa ladatun siirrosta (W+tai W−), ja β-hajoamisesta. ge).
Loadflow-vuorovaikutus
Yhdessä kuormituksenvirtausvuorovaikutuksesta,varattu leptoni (kuten sähkönormi, jossa lataus -1) voi absorboidaW+
Bosoni(varaus+1)ja muunnetaan sitten vastaavaksi neutriinoksi(varaus0)ja neutrinon tyypiksi(sukupolvi)(elektroni,μjaτ)ennen vuorovaikutustaLeptonit ovat samat,esimerkiksi:
Samaan tapaan alempi kvarkki(varaus−⁄3) voi läpäistäEmitaW-bosonin,orbsorbaW+bosonin,muuntua ylemmän tyyppiseksi kvarkiksi(varaus+⁄3). :toisin sanoen CKM-matriisi kuvailee mahdollisuutta muuntua joksikin kolmesta-tyyppisestä kvarkista jamahdollisuuden suuruuden. Sitä vastoin anup-tyyppinen kvarkki voi tuottaaW+bosoni,absorbaW-bosoni ja muuntaa sitten alemman tyypin kvarkiksi:
Koska WbosonerittäinSe on epävakaa, joten sen käyttöikä on lyhyt ja heikkenee nopeasti.Esimerkki:
Wboson voi hajota muihin tuotteisiin,mahdollisuus erilainen.
Intheso-calledbetadecayofneutrons(seethefigureabove),thelowerquarkintheneutronemitsavirtualW-boson,whichistransformedintoanupperquark,andtheneutronistransformedaccordinglyIntoaproton.Duetotheenergyintheprocess(thatis,thedifferenceinmassbetweenthelowerquarkandtheupperquark),W−canonlybetransformedintoanelectronandacounter-electronneutrino.Atthequarklevel,theprocesscanbedescribedbythefollowingformula:
Neutraalivirtausvuorovaikutus
Toimimattomuus,akvarkoraleptoni(kuten sähkönormuoni)säteilyabsorboineutraalinZbosonin.Esimerkki:
Kuten Wboson, Zboson hajoaa nopeasti, esimerkiksi:
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.