Otwórz menu główne

Teoria oddziaływań elektrosłabych

Teoria oddziaływań elektrosłabych (Teoria Małej Unifikacji) – kwantowa teoria pola opisująca oddziaływania słabe oraz elektromagnetyczne. Zawiera ona w sobie wcześniejszą teorię oddziaływań słabych i elektrodynamikę kwantową.

Teoria oddziaływań elektrosłabych traktuje oddziaływania słabe i elektromagnetyczne jako przejaw jednego oddziaływania elektrosłabego.

Oddziaływaniu elektrosłabemu podlegają wszystkie znane cząstki fermionowe. Przyciąganie, odpychanie i przemiany tych cząstek tłumaczy się wymianą bozonów pośredniczących: Z, W+, W i fotonu.

Według obecnej wiedzy, we wczesnych epokach Wszechświata istniała pełna symetria między oddziaływaniami słabymi i elektromagnetycznymi. Symetria ta została później złamana, w wyniku czego mamy obecnie dwa oddziaływania. Łamaniem symetrii tłumaczy się także różnicę mas pomiędzy bozonami oddziaływania słabego a fotonem.

Teoria oddziaływań elektrosłabych jest nieabelową teorią z cechowaniem o złamanej symetrii. Grupą cechowania jest grupa SU(2)×U(1). Chociaż elektromagnetyzm opisuje grupa U(1)EM, nie jest to ta sama grupa, co w iloczynie (U(1)Y). W rzeczywistości obie części opisują zarówno elektromagnetyzm, jak i oddziaływanie słabe. Ładunek oddziaływania elektromagnetycznego nazywamy ładunkiem elektrycznym (Q), ładunek oddziaływania słabego nazywamy ładunkiem słabym, ładunek opisywany przez część SU(2) grupy symetrii oddziaływań elektrosłabych nazywamy izospinem (I) a ładunek opisywany przez część U(1) – hiperładunkiem (Y) (wyjaśnia on między innymi, dlaczego leptony mają inny ładunek elektryczny niż kwarki). Wielkości te wiąże zależność:

Q = I3 + Y/2.

Teorię oddziaływań elektrosłabych stworzyli: Sheldon Glashow, Abdus Salam i Steven Weinberg, za co otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1979[1].

Struktura matematycznaEdytuj

 
Oddziaływanie elektrosłabe pod nieobecność i w obecności pól Higgsa

Model przewiduje istnienie czterech bezmasowych bozonów pośredniczących, trzy z nich oznaczone przez   są składowymi trypletu I = 1 grupy SU(2), czwarty   jest izoskalarem I = 0 transformującym się względem grupy U(1) słabego hiperładunku. Aby nadać bozonom pośredniczącym masy, bez jednoczesnego naruszenia renormalizowalności teorii, wprowadzono mechanizm spontanicznego łamania symetrii, poprzez dublet pól zespolonych (czterech pól rzeczywistych) z I = 1/2, nazwanych skalarami Higgsa, które generują masy cząstek poprzez samooddziaływanie.

Pola masowych bozonów oznaczamy odpowiednio   bozon oznaczony jako   pozostaje bezmasowy i odpowiada fotonowi.

Dla bozonów naładowanych:

 

dla bozonow neutralnych:

 
 

Kąt   nazywa się kątem mieszania oddziaływań słabych (kąt Weinberga). Wartość tego kąta należy wyznaczyć doświadczalnie, co jest jednym ze słabych punktów modelu standardowego.

PrzypisyEdytuj

BibliografiaEdytuj