Էլեկտրաթույլ փոխազդեցություն

Էլեկտրաթույլ փոխազդեցություն, երկու հայտնի հիմնարար փոխազդեցությունների՝ էլեկտրամագնիսականության և թույլ փոխազդեցության միավորված նկարագրությունը տարրական մասնիկների ֆիզիկայում։ Չնայած այս երկու ուժերը շատ տարբեր են թվում առօրյա ցածր էներգիաների դեպքում, նրանց տեսական մոդելները միևնույն ուժի երկու տարբեր դրսևորումներ են։ Միավորման էներգիայից մեծ էներգիայի դեպքում, որը 100 ԳէՎ կարգի է, նրանք միավորվում են մեկ էլեկտրաթույլ փոխազդեցությամբ։ Այսպիսով, եթե տիեզերքը բավականաչափ տաք է (մոտավորապես 10¹⁵ Կ՝ ջերմաստիճանը մեծ պայթյունից շատ չանցած), ապա էլեկտրամագնիսական ուժը և թույլ ուժը միավորվում են որպես էլեկտրաթույլ ուժ։ Էլեկտրաթույլ ժամանակաշրջանի ընթացքում էլեկտրաթույլ ուժն առանձնացել է ուժեղ փոխազդեցությունից։ Քվարկային ժամանակաշրջանի ընթացքում էլեկտրաթույլ ուժը բաժանվել է էլեկտրամագնիսականի և թույլի։

Տարրական մասնիկների միջև թույլ և էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների միավորման մեջ ունեցած ներդրման համար Շելդոն Գլեշոուն, Աբդուս Սալամը և Սթիվեն Վայնբերգը 1979 թվականին ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ ստացան։Էլեկտրաթույլ փոխազդեցության գոյությունը փորձնականորեն հաստատվեց երկու փուլով, որոնցից առաջինը սկսվեց նեյտրինային ցրումներում չեզոք հոսանքի հայտնաբերումով Գարգամել բշտիկային խցիկով փորձերում, 1973 թվականին, իսկ երկրորդը՝ 1983 թվականին UA1 և UA2 փորձերով, որոնց արդյունքում հայտնաբերվեցին W և Z տրամաչափային բոզոնները պրատոն-հակապրոտոնային բախումներով պրոտոնային սուպերսինքրոտոնում։ 1999 թվականին Ջերարդ Հուֆթը և Մարտինուս Վելտմանը Նոբելյան մրցանակ ստացան՝ ցույց տալու համար, որ էլեկտրաթույլ փոխազդեցությունը վերանորմավորվում է։

Ձևակերպում

Հայտնի տարրական մասնիկների թույլ իզոսպինի՝ T₃-ի և թույլ հիպերլիցքի՝ Y_W-ի սխեման, որը ցույց է տալիս Q էլեկտրական լիցքը Վայնբերգի անկյունից։ Չեզոք Հիգսի դաշտը խզում է էլեկտրաթույլ փոխազդեցությունը և փոխազդում է մյուս մասնիկների հետ՝ զանգված հաղորդելով նրանց։ Հիգսի դաշտի բաղադրիչները W և Z զանգվածեղ բոզոնների մաս են կազմում։

Մաթեմատիկական ձևակերպումով միավորումը տեղի է ունենում SU(2) × U(1) տրամաչափային խմբի տակ։ Համապատասխան տրամաչափային բոզոնները թույլ իզոսպինի երեք W բոզոններն են SU(2)-ից (W⁺, W⁰, W^-) և թույլ հիպերլիցքի B⁰ բոզոնը U(1)-ից։ Բոլոր երեքն էլ զանգված չունեն։

Ստանդարտ մոդելում W^± և Z բոզոնները և ֆոտոնը առաջանում են էլեկտրաթույլ փոխազդեցության սիմետրիայի ինքնակամ խախտումից SU(2) × U(1)_Y-ից U(1)_em, ինչի պատճառը Հիգսի մեխանիզմն է (տես նաև Հիգսի բոզոն) U(1)_Y-ը և U(1)_em-ը U(1)-ի տարբեր պատճեններ են. U(1)_em-ի գեներատորը տրվում է Q = Y/2 + I₃-ով, որտեղ Y-ն U(1)_Y-ի գեներատորն է (կոչվում է թույլ հիպերլիցք), իսկ I₃-ն SU(2) գեներատորներից մեկն է (թույլ իզոսպինի բաղադրիչ)։

Սիմետրիայի ինքնակամ խախտումը W⁰ և B⁰ բոզոններին դրդում է միավորվել երկու տարբեր բոզոններում՝ Z⁰ բոզոնում և ֆոտոնում (γ) ինչպես հետևում է

${\begin{pmatrix}\gamma \\Z^{0}\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}\cos \theta _{W}&\sin \theta _{W}\\-\sin \theta _{W}&\cos \theta _{W}\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}B^{0}\\W^{0}\end{pmatrix}}$,

որտեղ θ_W-ն Վայնբերգի անկյունն է։ Մասնիկները ներկայացնող առանցքները պտտվել են (W⁰, B⁰) հարթությունում θ_W անկյունով։ Սա նաև ներկայացնում է տարբերությունը Z⁰-ի զանգվածի և W^±-ի զանգվածի միջև (նշանակված են համապատասխանաբար M_Z և M_W).

$M_{Z}={\frac {M_{W}}{\cos \theta _{W}}}$

Էլեկտրամագնիսականության և թույլ ուժի տարբերակումը առաջանում է Y-ի և I₃-ի ոչ տրիվիալ գծային կոմբինացիայի պատճառով, որը վերանում է Հիգսի բոզոնի դեպքում (այն Y և I₃-ի սեփական վիճակն է, այնպես որ գործակիցները կարելի է վերցնել որպես −I₃ և Y). U(1)_em-ը սահմանվում է որպես գծային կոմբինացիայով առաջացած խումբ, և չի խզվում, քանի որ չի փոխազդում Հիգսի հետ։

Տես նաև

• Հիմնարար փոխազդեցություններ
• Վայնբերգի անկյուն

Գրականություն

• B. A. Schumm (2004)։ Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics։ Johns Hopkins University Press։ ISBN 0-8018-7971-X  Conveys much of the Standard Model with no formal mathematics. Very thorough on the weak interaction.
• D. J. Griffiths (1987)։ Introduction to Elementary Particles։ John Wiley & Sons։ ISBN 0-471-60386-4 
• W. Greiner, B. Müller (2000)։ Gauge Theory of Weak Interactions։ Springer։ ISBN 3-540-67672-4 
• G. L. Kane (1987)։ Modern Elementary Particle Physics։ Perseus Books։ ISBN 0-201-11749-5 

Հոդվածներ

• E. S. Abers, B. W. Lee (1973)։ «Gauge theories»։ Physics Reports 9: 1–141։ Bibcode:1973PhR.....9....1A։ doi:10.1016/0370-1573(73)90027-6 
• Y. Hayato (1999)։ «Search for Proton Decay through p → νK⁺ in a Large Water Cherenkov Detector»։ Physical Review Letters 83 (8): 1529։ Bibcode:1999PhRvL..83.1529H։ arXiv:hep-ex/9904020։ doi:10.1103/PhysRevLett.83.1529 
• J. Hucks (1991)։ «Global structure of the standard model, anomalies, and charge quantization»։ Physical Review D 43 (8): 2709–2717։ Bibcode:1991PhRvD..43.2709H։ doi:10.1103/PhysRevD.43.2709 
• S. F. Novaes (2000)։ «Standard Model: An Introduction» 
• D. P. Roy (1999)։ «Basic Constituents of Matter and their Interactions — A Progress Report»