RUSYA EĞİTİM VE BİLİM BAKANLIĞI
Federal eyalet bütçesi eğitim kurumu
daha yüksek mesleki eğitim
"St.Petersburg Eyaleti Elektroteknik Üniversitesi Adını "LETI"den alıyor. V. I. Ulyanova (Lenin)"
(SPbGETU)
İktisat ve Yönetim Fakültesi
Fizik Bölümü
"Kavramlar" disiplininde modern doğa bilimi"
"konusuyla ilgili Zayıf etkileşim"
Kontrol edildi:
Altmark Alexander Moiseevich
Tamamlanmış:
öğrenci gr. 3603
Kolisetskaya Maria Vladimirovna
Saint Petersburg
1. Zayıf etkileşim dört temel etkileşimden biridir
Çalışmanın tarihi
Doğadaki rolü
Zayıf kuvvet dört temel kuvvetten biridir.
Zayıf kuvvet veya zayıf nükleer kuvvet, dört temel etkileşimler
Zayıf etkileşim kısa menzillidir; kendisini çok daha küçük mesafelerde gösterir. atom çekirdeği
Vektör bozonları zayıf etkileşimin taşıyıcılarıdır
İlk defa atom çekirdeğinin bozunması sırasında zayıf etkileşimler gözlemlendi. Ve ortaya çıktığı gibi, bu bozunumlar çekirdekte bir protonun bir nötrona dönüşümüyle ilişkilidir ve bunun tersi de geçerlidir:
R? n + e+ + ?e, n ? p + e- + e,
burada n bir nötron, p bir proton, e- bir elektron, ??e bir elektron antinötrinodur.
Temel parçacıklar genellikle üç gruba ayrılır:
) fotonlar; bu grup yalnızca tek bir parçacıktan oluşur: bir foton ve bir kuantum elektromanyetik radyasyon;
) leptonlar (Yunanca "leptos" kelimesinden - ışık), yalnızca elektromanyetik ve zayıf etkileşimlere katılırlar. Leptonlar arasında elektron ve müon nötrinosu, elektron, müon ve 1975'te keşfedilen ağır lepton - yaklaşık 3487 me'lik bir kütleye sahip t-lepton veya taon ve bunlara karşılık gelen antipartiküller bulunur. Lepton adı, bilinen ilk leptonların kütlelerinin diğer tüm parçacıkların kütlelerinden daha küçük olmasından kaynaklanmaktadır. Leptonlar aynı zamanda varlığı bilinmeyen gizli nötrinoyu da içerir. son zamanlarda ayrıca yüklü;
) hadronlar (Yunanca "adros" kelimesinden - büyük, güçlü). Hadronların elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerinin yanı sıra güçlü etkileşimleri de vardır. Yukarıda tartışılan parçacıklardan bunlar protonu, nötronu, pionları ve kaonları içerir.
Zayıf etkileşimin özellikleri
Zayıf etkileşimin kendine özgü özellikleri vardır:
Tüm temel fermiyonlar zayıf etkileşimde yer alır
P operasyonu herhangi bir şeyin işaretini değiştirir kutupsal vektör
Uzamsal ters çevirme işlemi, sistemi ayna simetrik bir sisteme dönüştürür. Ayna simetrisi Güçlü ve elektromanyetik etkileşimlerin etkisi altındaki süreçlerde gözlenir. Bu süreçlerde ayna simetrisi, ayna simetrik durumlarda geçişlerin aynı olasılıkla gerçekleşmesi anlamına gelir.
G. ? Yang Zhenning, Li Zongdao Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. Temel parçacıklar alanında önemli keşiflere yol açan sözde eşlik yasalarına ilişkin derinlemesine çalışmaları için.
Uzamsal pariteye ek olarak, zayıf etkileşim aynı zamanda birleşik uzay-yük paritesini de korumaz, yani bilinen tek etkileşim CP değişmezliği ilkesini ihlal eder
Yük simetrisi, parçacıkları içeren herhangi bir işlem varsa, bunların yerini antipartiküller aldığında (yük konjugasyonu), sürecin de var olduğu ve aynı olasılıkla meydana geldiği anlamına gelir. Nötrinoları ve antinötrinoları içeren süreçlerde yük simetrisi yoktur. Doğada yalnızca solak nötrinolar ve sağ elli antinötrinolar bulunur. Bu parçacıkların her biri (kesinlik sağlamak için elektron nötrinosu ve antinötrino e'yi ele alacağız) yük eşlenikliği işlemine tabi tutulursa, lepton sayıları ve sarmalları olan var olmayan nesnelere dönüşeceklerdir.
Dolayısıyla zayıf etkileşimlerde P ve C değişmezliği aynı anda ihlal edilir. Peki ya bir nötrino (antineutrino) üzerinde art arda iki operasyon yapılırsa? P- ve C-dönüşümleri (işlem sırası önemli değildir), sonra yine doğada var olan nötrinoları elde ederiz. İşlem sırası ve (veya ters sıra) CP dönüşümü olarak adlandırılır. ?e ve e'nin CP dönüşümünün (birleşik ters çevirme) sonucu aşağıdaki gibidir:
Bu nedenle, nötrinolar ve antinötrinolar için, bir parçacığı antiparçacığa dönüştüren işlem, bir yük konjugasyonu işlemi değil, bir CP dönüşümüdür.
Çalışmanın tarihi
Zayıf etkileşimlerin incelenmesi devam etti uzun süre.
1896'da Becquerel, uranyum tuzlarının nüfuz edici radyasyon (toryumun γ bozunması) yaydığını keşfetti. Bu, zayıf etkileşimlerin incelenmesinin başlangıcıydı.
1930'da Pauli, ? bozunması sırasında elektronlarla (e) birlikte hafif nötr parçacıkların da yayıldığı hipotezini öne sürdü. nötrino (?). Aynı yıl Fermi, β bozunumuna ilişkin bir kuantum alan teorisi önerdi. Bir nötronun (n) bozunması, iki akımın etkileşiminin bir sonucudur: hadronik akım, bir nötronu bir protona (p) dönüştürür, leptonik akım, bir elektron + nötrino çifti üretir. 1956'da Reines ilk kez Er'in tepkisini gözlemledi. nükleer reaktör yakınındaki deneylerde ne+.
Lee ve Yang, K+ mezonlarının bozunumlarındaki paradoksu açıkladılar (? ~ ? gizem)? 2 ve 3 pion'a bozunur. Uzaysal eşitliğin korunmaması ile ilişkilidir. Ayna asimetrisi, çekirdeklerin β-bozunmasında, müonların, pionların, K-mezonların ve hiperonların bozunmalarında keşfedilmiştir.
1957'de Gell-Mann, Feynman, Marshak, Sudarshan şunu önerdi: evrensel teori Hadronların kuark yapısına dayanan zayıf etkileşim. Bu teori, adı verilen V-A teorileri Feynman diyagramlarını kullanarak zayıf etkileşimin tanımlanmasına yol açtı. Aynı zamanda, temelde yeni fenomenler keşfedildi: CP değişmezliğinin ve nötr akımların ihlali.
1960'larda Sheldon Lee Glashow tarafından
1991-2001'de, LEP2 hızlandırıcısında (CERN) Z0 bozonlarının bozunması üzerine bir çalışma gerçekleştirildi; bu, doğada yalnızca üç nesil lepton bulunduğunu gösterdi: ?e, ?? Ve??.
Doğadaki rolü
nükleer etkileşim zayıf
Zayıf etkileşimin neden olduğu en yaygın süreç radyoaktif atom çekirdeğinin b-bozunmasıdır. Radyoaktivite fenomeni<#"justify">Kullanılmış literatür listesi
1. Novozhilov Yu.V. Temel parçacıklar teorisine giriş. M.: Nauka, 1972
Okun B. Temel parçacıkların zayıf etkileşimi. M.: Fizmatgiz, 1963
Bir nötronun ara W bozonu yoluyla bir proton, elektron ve elektron antinötrinoya beta bozunmasını gösteren Feynman diyagramı, yerçekimi, elektromanyetik ve güçlü ile birlikte temel parçacıklar arasındaki dört temel fiziksel etkileşimden biridir. En iyi bilinen tezahürü beta bozunması ve onunla ilişkili radyoaktivitedir. Etkileşim adı zayıf,çünkü buna karşılık gelen alanın gücü, bir arada tutan alanlardan 10 13 daha azdır nükleer parçacıklar(nükleonlar ve kuarklar) ve bu ölçeklerdeki Coulomb kuvvetinden 10 10 daha az, ancak yerçekimi kuvvetinden çok daha güçlü. Etkileşim kısa bir menzile sahiptir ve yalnızca atom çekirdeğinin boyutu kadar mesafelerde ortaya çıkar.Zayıf etkileşimin ilk teorisi 1930'da Enrico Fermi tarafından önerildi. Teoriyi geliştirirken Wolfgang Pauli'nin o dönemde yeni bir temel parçacığın, nötrinonun varlığına ilişkin hipotezini kullandı.
Zayıf etkileşim, nükleer ve parçacık fiziğinde, güçlü etkileşimin neden olduğu hızlı süreçlerin aksine, nispeten yavaş meydana gelen süreçleri tanımlar. Örneğin bir nötronun yarı ömrü yaklaşık 16 dakikadır. – 10-23 saniyelik bir süre ile karakterize edilen nükleer süreçlerle karşılaştırıldığında sonsuzluk.
Karşılaştırma için yüklü pionlar mı? ± zayıf etkileşim yoluyla bozunur ve 2,6033 ± 0,0005 x 10 -8 s'lik bir ömre sahiptir, halbuki nötr pion? 0, elektromanyetik etkileşim yoluyla iki gama kuantasına bozunur ve 8,4 ± 0,6 x 10-17 s'lik bir ömrü vardır.
Etkileşimin bir başka özelliği de madde içindeki parçacıkların serbest yoludur. Elektromanyetik etkileşim yoluyla etkileşime giren parçacıklar (yüklü parçacıklar, gama kuantumu) onlarca santimetre kalınlığındaki bir demir plaka tarafından tutulabilir. Oysa çok zayıf etkileşime giren nötrino, milyarlarca kilometre kalınlığındaki bir metal tabakasının içinden hiç çarpışmadan geçebilir.
Zayıf etkileşim, nötrinolar da dahil olmak üzere kuarkları ve leptonları içerir. Bu durumda parçacıkların aroması değişir; onların türü. Örneğin bir nötronun bozunması sonucunda d-kuarklarından biri u-kuarkına dönüşür. Nötrinolar, diğer parçacıklarla yalnızca zayıf ve hatta daha zayıf yerçekimsel etkileşimler yoluyla etkileşime girmeleri bakımından benzersizdir.
İle modern fikirler formüle edilmiş Standart model zayıf kuvvet, 1982'de hızlandırıcılarda keşfedilen W ve Z ayar bozonları tarafından taşınıyor. Kütleleri protonun kütlesinin 80 ve 90 katıdır. Sanal W bozonlarının değişimine yüklü akım, Z bozonlarının değişimine nötr akım denir.
Feynman'ın Zirveleri diyagramlarını açıklayan olası süreçler katılımla kalibrasyon W-i Z bozonları üç türe ayrılabilir:
Bir lepton, bir W bozonunu viprominite edebilir veya absorbe edebilir ve bir nötrinoya dönüşebilir;
bir kuark, bir W bozonunu viprominite edebilir veya soğurabilir ve tadını değiştirerek diğer kuarkların süperpozisyonuna dönüşebilir;
bir lepton veya kuark bir Z-bosonunu absorbe edebilir veya viprominite edebilir
Bir parçacığın zayıf etkileşime girme yeteneği, zayıf izospin adı verilen bir kuantum sayısıyla tanımlanır. Olası değerler W ve Z bozonlarını ± 1/2 oranında değiştirebilen parçacıklar için izospin. Zayıf etkileşim yoluyla etkileşime giren bu parçacıklardır. W ve Z bozonlarının değişim süreçlerinin imkansız olduğu sıfır zayıf izospini olan parçacıklar, zayıf karşılıklılık yoluyla etkileşime girmez. Temel parçacıklar arasındaki reaksiyonlarda zayıf izospin korunur. Bu, parçacık türleri değişse de, reaksiyona katılan tüm parçacıkların toplam zayıf izospininin değişmeden kaldığı anlamına gelir.
Zayıf etkileşimin bir özelliği, pariteyi ihlal etmesidir, çünkü yalnızca solak kiraliteye sahip fermiyonlar ve sağ elli kiraliteye sahip fermiyonların antipartikülleri, yüklü akımlar yoluyla zayıf bir şekilde etkileşime girme yeteneğine sahiptir. Zayıf etkileşimlerde paritenin korunmaması, Yang Zhenning ve Li Zhengdao tarafından keşfedildi ve bu sayede 1957'de Nobel Fizik Ödülü'nü aldılar. Paritenin korunmamasının nedeni kendiliğinden simetri kırılmasında görülür. Standart Modelde simetri kırılması varsayımsal bir parçacığa, Higgs bozonuna karşılık gelir. Bu, sıradan modelin henüz deneysel olarak keşfedilmemiş tek parçacığıdır.
Zayıf etkileşimle CP simetrisi de bozulur. Bu ihlal, 1964 yılında kaon ile yapılan deneylerde deneysel olarak keşfedildi. Keşfin yazarları James Cronin ve Val Fitch ödüllendirildi Nobel Ödülü 1980 için. CP simetrisinin korunmaması, eşlik ihlalinden çok daha az sıklıkta meydana gelir. Bu aynı zamanda CPT simetrisinin korunmasının temel prensiplere dayandığı anlamına da gelir. fiziksel prensipler– Lorentz ve kısa menzilli dönüşümler, T-simetrisinin kırılma olasılığı, ör. değişmezlik fiziksel süreçler zamanın yönünü değiştirerek.
1969'da, 10 15 K sıcaklığa karşılık gelen 100 GeV enerjilerde, elektromanyetik ve zayıf süreçler arasındaki farkın ortadan kalktığı birleşik bir elektromanyetik ve zayıf nükleer etkileşim teorisi oluşturuldu. Birleşik elektrozayıf ve güçlü nükleer etkileşim teorisinin deneysel olarak doğrulanması, hızlandırıcı enerjisinde yüz milyar kat artış gerektirir.
Elektrozayıf etkileşim teorisi SU(2) simetri grubuna dayanmaktadır.
Küçük boyutuna ve kısa süresine rağmen zayıf etkileşim doğada çok önemli bir rol oynar. Zayıf etkileşimi "kapatmak" mümkün olsaydı, o zaman bir protonun bir nötrona, bir pozitrona ve bir nötrinoya dönüştürülmesi sürecinden dolayı Güneş sönerdi, bunun sonucunda 4 proton 4 He'ye dönüşür, iki pozitron ve iki nötrino imkansız hale gelirdi. Bu süreç Güneş ve çoğu yıldız için ana enerji kaynağı görevi görür (bkz. Hidrojen döngüsü). Zayıf etkileşim süreçleri yıldızların evrimi için önemlidir çünkü pulsar vb. oluşumlarla süpernova patlamalarında çok sıcak yıldızların enerjisinin kaybolmasına neden olurlar. Doğada zayıf etkileşim olmasaydı müonlar, pi-mezonlar ve diğer parçacıklar sıradan maddede kararlı ve yaygın olurdu. Bu yüzden önemli rol zayıf etkileşim, güçlü ve elektromanyetik etkileşimlerin karakteristik bir dizi yasağa uymaması gerçeğiyle bağlantılıdır. Özellikle zayıf etkileşim, yüklü leptonları nötrinolara ve bir çeşninin kuarklarını diğerinin kuarklarına dönüştürür.
1896'da Fransız bilim adamı Henri Becquerel uranyumdaki radyoaktiviteyi keşfetti. Bu, daha önce bilinmeyen doğa kuvvetlerine (zayıf etkileşim) ilişkin ilk deneysel sinyaldi. Artık pek çok tanıdık olgunun arkasında zayıf kuvvetin yattığını biliyoruz; örneğin bazı olaylarda yer alıyor. termonükleer reaksiyonlar Güneş'in ve diğer yıldızların radyasyonunu destekler.
Bir yanlış anlaşılma nedeniyle bu etkileşime "zayıf" adı verildi - örneğin bir proton için 1033 kat daha güçlü yerçekimi etkileşimi(bkz. Yerçekimi, Doğanın Bu Birliği). Bu daha ziyade yıkıcı bir etkileşimdir, doğanın maddeyi bir arada tutmayan, yalnızca yok eden tek gücüdür. Buna "ilkesiz" de denebilir, çünkü yıkımda diğer güçler tarafından gözlemlenen uzaysal eşitlik ve zamansal tersine çevrilebilirlik ilkelerini hesaba katmaz.
Zayıf etkileşimin temel özellikleri, esas olarak İtalyan fizikçi E. Fermi'nin çalışmaları sayesinde 1930'larda biliniyordu. Yerçekimi ve elektrik kuvvetlerinin aksine, zayıf kuvvetlerin çok kısa bir etki alanına sahip olduğu ortaya çıktı. O yıllarda, hiçbir hareket yarıçapı yokmuş gibi görünüyordu - etkileşim, uzayın bir noktasında ve üstelik anında gerçekleşti. Bu etkileşim sanaldır (açık kısa zaman) çekirdeğin her protonunu bir nötrona, bir pozitronu bir pozitron ve bir nötrinoya ve her nötronu bir proton, elektron ve antinötrinoya dönüştürür. Kararlı çekirdeklerde (bkz. Atom çekirdeği), bu dönüşümler, elektron-pozitron çiftlerinin veya proton-antiproton çiftlerinin boşlukta sanal olarak yaratılması gibi, sanal olarak kalır.
Yük bakımından farklılık gösteren çekirdeklerin kütleleri arasındaki fark yeterince büyükse, bu sanal dönüşümler gerçek olur ve çekirdek yükünü 1 oranında değiştirerek bir elektron ve bir antinötrino (elektron bozunması) veya bir pozitron ve bir nötrino yayar ( pozitron bozunması). Nötronlar, bir proton ve bir elektronun kütlelerinin toplamını yaklaşık 1 MeV aşan bir kütleye sahiptir. Bu nedenle, serbest bir nötron bir protona, bir elektrona ve bir antinötrinoya bozunarak yaklaşık 1 MeV'lik bir enerji açığa çıkarır. Yaşam süresi serbest nötron yaklaşık 10 dakika olmasına rağmen bağlı durumörneğin bir nötron ve bir protondan oluşan döteronda bu parçacıklar süresiz olarak yaşar.
Benzer bir olay müonda da meydana gelir (bkz. Peptonlar) - bir elektrona, nötrinoya ve antinötrinoya bozunur. Müon bozunmadan önce yaklaşık c kadar yaşar; yani bir nötrondan çok daha az. Fermi'nin teorisi bunu ilgili parçacıkların kütlelerindeki farklılıkla açıkladı. Çürüme sırasında ne kadar fazla enerji açığa çıkarsa o kadar hızlı gider. Bozunma sırasında açığa çıkan enerji yaklaşık 100 MeV'dir; bu, bir nötronun bozunması sırasındaki enerjiden yaklaşık 100 kat daha fazladır. Bir parçacığın ömrü bu enerjinin beşinci kuvveti ile ters orantılıdır.
Son yıllarda ortaya çıktığı gibi, zayıf etkileşim yerel değildir, yani anında veya bir noktada gerçekleşmez. Modern teoriye göre zayıf etkileşim anında iletilmiyor, müonun nötrinoya dönüşmesinden sonra sanal bir elektron-antinötrino çifti doğuyor ve bu da cm uzaklıkta gerçekleşmiyor. Elbette bu kadar küçük bir mesafeyi ölçün, tıpkı hiçbir kronometrenin bu kadar küçük bir zaman aralığını ölçemeyeceği gibi. Neredeyse her zaman olduğu gibi, modern fizik dolaylı verilerle yetinmeliyiz. Fizikçiler bu sürecin mekanizması hakkında çeşitli hipotezler kurar ve bu hipotezlerin her türlü sonucunu test eder. En az bir güvenilir deneyle çelişen hipotezler atılır ve geri kalanları test etmek için yeni deneyler yapılır. Zayıf etkileşim durumunda bu süreç, fizikçiler zayıf etkileşimin protondan 100 kat daha ağır olan süper kütleli parçacıklar tarafından taşındığına ikna olana kadar yaklaşık 40 yıl devam etti. Bu parçacıklar spin 1'e sahiptir ve vektör bozonları olarak adlandırılır (1983'te CERN, İsviçre - Fransa'da keşfedilmiştir).
İki yüklü vektör bozonu ve bir nötr bozonu vardır (her zamanki gibi üstteki simge yükü proton birimi cinsinden gösterir). Yüklü bir vektör bozonu, nötron ve müonun bozunmalarında “çalışır”. Müon bozunmasının seyri Şekil 2'de gösterilmektedir. (yukarıda, sağda). Bu tür çizimlere Feynman diyagramları denir; bunlar yalnızca süreci göstermekle kalmaz, aynı zamanda hesaplamaya da yardımcı olur. Bu, bir reaksiyonun olasılığı formülünün bir tür kısaltmasıdır; burada yalnızca örnekleme amacıyla kullanılmıştır.
Müon, bir elektrona ve bir antinötrinoya bozunan bir -boson yayan bir nötrinoya dönüşür. Açığa çıkan enerji, -bozonun gerçek doğumu için yeterli değildir, dolayısıyla sanal olarak, yani çok kısa bir süre için doğar. İÇİNDE bu durumda bu s. Bu süre zarfında, -boson'a karşılık gelen alanın bir dalga veya gerçek bir parçacık oluşturacak zamanı yoktur (bkz. Alanlar ve parçacıklar). Cm büyüklüğünde bir alan pıhtısı oluşur ve c'den sonra ondan bir elektron ve bir antinötrino doğar.
Bir nötronun bozunması için de aynı diyagramı çizmek mümkün olabilir ama burada zaten bizi yanıltmış olur. Gerçek şu ki, bir nötronun boyutu cm'dir, yani 1000 katıdır. yarıçaptan daha büyük zayıf kuvvetlerin eylemleri. Dolayısıyla bu kuvvetler kuarkların bulunduğu nötronun içinde etki eder. Üç nötron kuarktan biri bir -bozon yayar ve başka bir kuarka dönüşür. Bir nötrondaki kuarkların yükleri: -1/3, -1/3 ve dolayısıyla iki kuarktan biri negatif yük-1/3'ü bir kuarkın içine girer pozitif yük. Sonuç, birlikte bir proton oluşturan 1/3, 2/3, 2/3 yüklü kuarklar olacaktır. Reaksiyon ürünleri (elektron ve antinötrino) protondan serbestçe uçar. Ama bu -bozon yayan bir kuark. Geri tepmeyi aldı ve taşınmaya başladı ters yön. Neden uçup gitmiyor?
Güçlü bir etkileşimle bir arada tutulur. Bu etkileşim, kuarkı iki ayrılmaz arkadaşıyla birlikte taşıyacak ve hareket eden bir protonla sonuçlanacaktır. İle benzer şema geri kalan hadronlarda zayıf bozunumlar (zayıf etkileşimlerle ilişkili) meydana gelir. Bunların hepsi, kuarklardan biri tarafından bir vektör bozonunun emisyonu, bu vektör bozonunun leptonlara (ve -parçacıklara) dönüşümü ve reaksiyon ürünlerinin daha da genişlemesi ile özetlenir.
Ancak bazen hadronik bozunmalar da meydana gelir: Bir vektör bozonu, mezonlara dönüşecek olan bir kuark-antikuark çiftine bozunabilir.
Bu yüzden, büyük sayıÇeşitli reaksiyonların kökeni kuarkların ve leptonların vektör bozonlarla etkileşimine bağlıdır. Bu etkileşim evrenseldir, yani kuarklar ve leptonlar için de aynıdır. Yerçekimi veya elektromanyetik etkileşimin evrenselliğinin tersine, zayıf etkileşimin evrenselliği henüz kapsamlı bir açıklama alamamıştır. Modern teorilerde, zayıf etkileşim elektromanyetik etkileşimle birleştirilir (bkz. Doğa kuvvetlerinin birliği).
Zayıf etkileşim nedeniyle simetrinin bozulması hakkında bkz. Parite, Nötrinolar. Doğa Güçlerinin Birliği makalesi, mikro dünya resminde zayıf güçlerin yeri hakkında konuşuyor
ZAYIF ETKİLEŞİM- bilinen dört fondan biri. etkileşimler arasında . S.v. güçlü ve manyetikten çok daha zayıf. etkileşimler, ancak yerçekiminden çok daha güçlü. 80'lerde Zayıf ve el-mag olduğu tespit edilmiştir. etkileşimler - fark. tek bir şeyin tezahürleri elektrozayıf etkileşim.
Etkileşimlerin yoğunluğu, neden olduğu süreçlerin hızıyla değerlendirilebilir. Genellikle süreçlerin hızları, temel parçacık fiziğinin özelliği olan GeV enerjilerinde birbirleriyle karşılaştırılır. Bu tür enerjilerde güçlü etkileşimin neden olduğu süreç s, el-magn zamanında meydana gelir. Zaman içindeki süreç, güneş enerjisinden dolayı meydana gelen süreçlerin karakteristik zamanı. ( zayıf süreçler), çok daha fazlası:c, böylece temel parçacıklar dünyasında zayıf süreçler son derece yavaş ilerler.
Etkileşimin bir diğer özelliği de maddedeki parçacıklardır. Güçlü etkileşime giren parçacıklar (hadronlar), bir demir plaka tarafından birkaç kalınlıkta tutulabilir. onlarca santimetreye ulaşırken, yalnızca güçlü bir hıza sahip olan nötrino, yaklaşık bir milyar km kalınlığındaki bir demir plakanın içinden tek bir çarpışma yaşamadan geçebilir. Yerçekimi daha da zayıftır. ~1 GeV'lik bir enerjide gücü S.v'ninkinden 10 33 kat daha az olan etkileşim. Ancak genellikle yer çekiminin rolü vardır. etkileşimler S. yüzyılın rolünden çok daha belirgindir. Bunun nedeni yerçekiminin elektromanyetik etkileşim gibi etkileşimin de sonsuz geniş bir etki alanı vardır; bu nedenle, örneğin yerçekimi kuvvetleri Dünya yüzeyinde bulunan cisimlere etki eder. Dünyayı oluşturan tüm atomların çekiciliği. Zayıf etkileşimin etki alanı çok kısadır: yakl. 2*10 -16 cm (üç büyüklük sırasıdır) yarıçaptan az güçlü etkileşim). Bunun sonucunda örneğin S. v. 10-8 cm mesafede bulunan iki komşu atomun çekirdekleri arasında ihmal edilebilecek kadar küçüktür, yalnızca elektromanyetikle değil aynı zamanda yerçekimiyle de kıyaslanamayacak kadar zayıftır. aralarındaki etkileşimler.
Ancak küçük boyutuna ve kısa eylemine rağmen S. yüzyıl. doğada çok önemli bir rol oynar. Yani, güneş enerjisini "kapatmak" mümkün olsaydı, o zaman Güneş sönerdi, çünkü bir protonu bir nötron, pozitron ve nötrinoya dönüştürme süreci imkansız olurdu, bunun sonucunda dört proton 4'e dönüşür. O, iki pozitron ve iki nötrino. Bu süreç ana görevi görür Güneş'ten ve çoğu yıldızdan gelen enerji kaynağı (bkz. Hidrojen döngüsü). S. yüzyılın süreçleri. nötrinoların emisyonu genellikle son derece önemlidir. yıldızların evrimiÇünkü patlamalarda çok sıcak yıldızların enerji kaybına neden olurlar. süpernova Pulsarların oluşumu vb. ile. Güneş enerjisi olmasaydı, güneş enerjisinin bir sonucu olarak bozunan müonlar, mezonlar, tuhaf ve büyülü parçacıklar sıradan madde içinde kararlı ve yaygın olacaklardı. SE'nin bu kadar büyük bir rolü, güçlü ve el-manyetik güce özgü bir dizi yasağa tabi olmamasından kaynaklanmaktadır. etkileşimler. Özellikle, S. v. yüklü leptonları nötrinolara ve bir türü (tat) diğer türden kuarklara dönüştürür.
Zayıf süreçlerin yoğunluğu artan enerjiyle birlikte hızla artar. Bu yüzden, nötron beta bozunması Krom'daki enerji salınımı küçüktür (~1 MeV), yaklaşık olarak sürer. 10 3 s, yani bir hiperonun ömrünün 10 13 katı kadardır, bozunması sırasında açığa çıkan enerji ~100 MeV'dir. Enerjisi ~100 GeV olan nötrinolar için nükleonlarla etkileşim kesiti yakl. ~1 MeV enerjiye sahip nötrinolardan milyon kat daha fazladır. Teorik olarak Fikirlere göre, kesitin büyümesi birkaç mertebesindeki enerjilere kadar sürecek. yüzlerce GeV (çarpışan parçacıkların eylemsizlik merkezi sisteminde). Bu enerjilerde ve büyük momentum transferlerinde, varlığıyla ilişkili etkiler ara vektör bozonları. Çarpışan parçacıklar arasındaki mesafeler 2*10 -16 cm'den (Compton dalga boyu) çok daha az olduğunda ara bozonlar), S.v. ve el-magn. etkileşimler hemen hemen aynı yoğunluktadır.
Naib. S. yüzyılın neden olduğu ortak bir süreç - beta bozunması radyoaktif atom çekirdekleri. 1934'te E. Fermi, belirli canlıları kapsayan bir çürüme teorisi geliştirdi. değişiklikler sözde sonraki teorinin temelini oluşturdu. evrensel yerel dört fermiyon sistemi. (Fermi etkileşimleri). Fermi'nin teorisine göre radyoaktif çekirdekten kaçan elektron ve nötrino (daha doğrusu) daha önce çekirdekte yoktu, bozunma anında ortaya çıktı. Bu olay düşük enerjili fotonların emisyonuna benzer ( görünür ışık) uyarılmış atomlar veya yüksek enerjili fotonlar (kuantum) uyarılmış çekirdekler. Bu tür süreçlerin nedeni elektriğin etkileşimidir. el-magnetikli parçacıklar. alan: hareketli yüklü bir parçacık yaratır elektromanyetik akım, bu da elektrik mıknatısını bozar. alan; Etkileşimin bir sonucu olarak parçacık, enerjiyi bu alanın kuantumlarına - fotonlara aktarır. Fotonların el-magn ile etkileşimi. akım şu ifadeyle tanımlanır: A. Burada e- temel elektrik sabit bir el-magn olan yük. etkileşimler (bkz. Etkileşim sabiti), A- foton alanı operatörü (yani foton yaratma ve yok etme operatörü), j em - el-magn yoğunluk operatörü. akım (Genellikle elektromanyetik akım ifadesi aynı zamanda çarpanı da içerir. e.) Tüm masraflar jeme katkıda bulunur. parçacıklar. Örneğin, elektrona karşılık gelen terim şu şekildedir: burada bir elektronun yok edilmesinin veya bir pozitronun doğuşunun operatörüdür ve bir elektronun doğuşunun veya bir pozitronun yok edilmesinin operatörüdür. [Basitlik açısından, yukarıda gösterilmemiştir ve ayrıca A, dört boyutlu bir vektördür. Daha doğrusu, bunun yerine dört ifadeden oluşan bir dizi yazmalısınız; burada - Dirac matrisi,= 0, 1, 2, 3. Bu ifadelerin her biri dört boyutlu vektörün karşılık gelen bileşeniyle çarpılır.]
Etkileşim sadece fotonların elektronlar ve pozitronlar tarafından emisyonunu ve soğurulmasını değil, aynı zamanda fotonlar tarafından elektron-pozitron çiftlerinin yaratılması gibi süreçleri de açıklar (bkz. Çiftlerin doğuşu)veya imha bu çiftler fotonlara dönüşür. İki yük arasındaki foton değişimi. parçacıkların birbirleriyle etkileşime girmesine neden olur. Sonuç olarak, örneğin bir elektronun bir proton tarafından saçılması meydana gelir ve bu şematik olarak gösterilmiştir. Feynman diyagramıŞekil 2'de sunulmuştur. 1. Çekirdekteki bir proton bir seviyeden diğerine geçtiğinde, aynı etkileşim bir elektron-pozitron çiftinin doğuşuna yol açabilir (Şekil 2).
Fermi'nin bozunma teorisi esas olarak el-manyetik teorisine benzer. süreçler. Fermi teoriyi iki “zayıf akımın” etkileşimine dayandırdı (bkz. Akım kuantum alan teorisinde), ancak bir parçacık - bir alan kuantumu (elektrik-manyetik etkileşim durumunda foton) değiştirerek birbirleriyle belli bir mesafeden değil, temas halinde etkileşime girerler. Bu, modern zamanlarda dört fermiyon alanı (dört fermiyon p, n, e ve nötrino v) arasındaki etkileşimdir. notasyon şu şekildedir: 
. Burada G F- Fermi sabiti veya zayıf dört fermiyon etkileşiminin sabiti, deneysel. kesmenin anlamı 
erg*cm 3 (değer, uzunluğun karesi boyutundadır ve birim olarak sabittir 
, Nerede M- proton kütlesi), - proton doğum operatörü (antiproton imhası), - nötron imha operatörü (antinötron doğumu), - elektron doğum operatörü (pozitron imhası), v
- nötrino yıkımının operatörü (antineutrino doğumu). (Buradan ve bundan böyle, parçacıkların yaratılması ve yok edilmesi operatörleri, karşılık gelen parçacıkların kalın harflerle yazılmış sembolleriyle gösterilmiştir.) Bir nötronu protona dönüştüren akıma daha sonra nükleon, akıma ise lepton adı verildi. Fermi bunu bir el-magn gibi öne sürdü. akım, zayıf akımlar da dört boyutlu vektörlerdir: Bu nedenle Fermi etkileşimi adı verilir. vektör. 
Bir elektron-pozitron çiftinin doğuşuna benzer şekilde (Şekil 2), bir nötronun bozunması da benzer bir diyagramla açıklanabilir (Şekil 3) [antipartiküller, ilgili parçacıkların sembollerinin üzerinde bir "tilde" sembolü ile işaretlenmiştir. ] Örneğin lepton ve nükleon akımlarının etkileşimi başka süreçlere yol açmalıdır. reaksiyona 
(Şek. 4), buhara (Şek. 5) ve 
vesaire.
Yaratıklar Zayıf akımlarla elektromanyetik olanlar arasındaki fark, zayıf akımın parçacıkların yükünü değiştirmesi, elektrik akımının ise parçacıkların yükünü değiştirmesidir. akım değişmez: zayıf bir akım bir nötronu protona, bir elektronu bir nötrinoya dönüştürür ve elektromanyetik olan bir protonu proton olarak ve bir elektronu elektron olarak bırakır. Bu nedenle zayıf tokii ev denir. yüklü akımlar. Bu terminolojiye göre sıradan bir elektrik mıknatısı. onun şu anki durumu nötr akım.
Fermi'nin teorisi üç farklı çalışmanın sonuçlarına dayanıyordu. alanlar: 1) deneysel. S. yüzyılın kendisinin araştırması (-bozunma), nötrinoların varlığı hipotezine yol açtı; 2) deney. proton ve nötronların keşfine ve çekirdeğin bu parçacıklardan oluştuğunun anlaşılmasına yol açan güçlü kuvvet () üzerine yapılan araştırmalar; 3) deney. ve teorik el-manyetik araştırma etkileşimler sonucunda kuantum alan teorisinin temeli atıldı. Temel parçacık fiziğinin daha da gelişmesi, güçlü, zayıf ve el-manyetik alanlara yönelik araştırmaların verimli bir şekilde birbirine bağımlı olduğunu defalarca doğruladı. etkileşimler.
Evrensel dört fermiyon teorisi sv. Fermi'nin teorisinden birçok açıdan farklılık göstermektedir. Sonraki yıllarda temel parçacıkların incelenmesi sonucunda ortaya çıkan bu farklılıklar, aşağıdakilere özetlendi.
S. v. pariteyi korumaz, 1956'da Lee Tsung-Dao ve Yang Chen Ning tarafından teorik olarak ortaya atılmıştır. çürüme araştırması K-mezonlar; yakında başarısızlık R- ve C-pariteleri deneysel olarak çekirdeklerin bozunmasında [Bu Chien-Shiung ve iş arkadaşları], müonun bozunmasında [R. Garwin (R. Garwin), L. Lederman (L. Lederman), V. Telegdi (V. Telegdi), J. Friedman (J. Friedman), vb.] ve diğer parçacıkların bozunmalarında.
Büyük bir deneyi özetliyorum. materyal, M. Gell-Mann, P. Feynman, P. Marshak ve E. Sudarshan 1957'de evrensel S. v. teorisini önerdiler - sözde V- A-teori. Hadronların kuark yapısına dayanan bir formülasyonda bu teori, toplam zayıf yüklü akım ju'nun lepton ve kuark akımlarının toplamı olduğu ve bu temel akımların her birinin Dirac matrislerinin aynı kombinasyonunu içerdiği yönündedir:
Daha sonra ortaya çıktığı gibi, şarj cihazı. Fermi teorisinde bir terimle temsil edilen lepton akımı üç terimin toplamıdır: 
ve bilinen suçlamaların her biri. leptonlar (elektron, müon ve ağır lepton) ücrete dahildir. seninle güncel nötrino.
Şarj Fermi teorisindeki terimle temsil edilen hadronik akım, kuark akımlarının toplamıdır. 1992 yılına gelindiğinde beş tür kuark biliniyordu bilinen tüm hadronların oluşturulduğu ve altıncı bir kuarkın varlığı ( Tİle S =+ 2/3). Yüklü kuark akımları ve lepton akımları genellikle üç terimin toplamı olarak yazılır: 
Ancak burada operatörlerin doğrusal kombinasyonları verilmiştir. d, s, b, yani kuark yüklü akım dokuz terimden oluşur. Akımların her biri, katsayıları birliğe eşit olan vektör ve eksenel akımların toplamıdır.
Dokuz yüklü kuark akımının katsayıları genellikle 3x3'lük bir matris olarak temsil edilir; bunun kenarları üç açıyla parametrelendirilir ve bozukluğu karakterize eden bir faz faktörü vardır. CP değişmezliği zayıf çürümelerde. Bu matris denir Kobayashi - Maskawa matrisleri (M. Kobayashi, T. Maskawa).
Lagrange S. v. Yüklü akımlar şu şekildedir: 
Yiyen, konjuge vb.). Yüklü akımların bu etkileşimi niceliksel olarak çok sayıda zayıf süreci tanımlar: leptonik, yarı leptonik ( 
vb.) ve leptonik olmayan ( 
,, vesaire.). Bu süreçlerin çoğu 1957'den sonra keşfedildi. Bu dönemde temelde iki yeni olgu da keşfedildi: CP değişmezliğinin ihlali ve nötr akımlar. 
CP değişmezliğinin ihlali, 1964 yılında, uzun ömürlü K° mezonlarının iki mezona bozunmasını gözlemleyen J. Christenson, J. Cronin, V. Fitch ve R. Turley tarafından yapılan bir deneyde keşfedildi. Daha sonra semileptonik bozunmalarda CP değişmezliğinin ihlali de gözlendi. CP-değişmez olmayan etkileşiminin doğasını açıklığa kavuşturmak için k-l'yi bulmak son derece önemli olacaktır. Diğer parçacıkların bozunmalarında veya etkileşimlerinde CP-değişmeyen süreç. Özellikle, nötron dipol momentinin araştırılması büyük ilgi görmektedir (bunun varlığı, göre değişmezliğin ihlali anlamına gelecektir). zamanın tersine çevrilmesi ve dolayısıyla teoreme göre SRT ve CP değişmezliği).
Nötr akımların varlığı, zayıf ve elektrik akımlarının birleşik teorisi tarafından tahmin ediliyordu. 60'larda yaratılan etkileşimler. Sh. Glashow, S. Weinberg, A. Salam ve diğerleri tarafından daha sonra bu adı almıştır. standart elektrozayıf etkileşim teorisi. Bu teoriye göre, S. v. akımların temas etkileşimi değildir, ancak ara vektör bozonlarının değişimi yoluyla gerçekleşir ( W + , W - , Z 0) - spini 1 olan büyük parçacıklar. Bu durumda bozonlar yük etkileşimini gerçekleştirir. akımlar (Şekil 6) ve Z 0-bosonlar nötrdür (Şekil 7). Standart teoride, üç ara bozon ve bir foton, sözde vektör kuantumlardır. gösterge alanları, dört boyutlu momentumun asimptotik olarak büyük transferlerinde hareket eden ( , mz, Nerede m w , m z- kitleler W- ve enerjideki Z bozonları. birimleri) tamamen eşittir. Nötr akımlar, 1973 yılında nötrinoların ve antinötrinoların nükleonlarla etkileşiminde keşfedildi. Daha sonra, bir müon nötrinosunun bir elektron tarafından saçılma süreçlerinin yanı sıra, elektronların nükleonlarla etkileşiminde elektron nötr akımının neden olduğu eşlik korunumsuzluğunun etkileri keşfedildi (bu etkiler ilk olarak parite korunumu olmayan deneylerde gözlendi). Novosibirsk'te L. M. Barkov ve M. S. Zolotorev tarafından yürütülen atomik geçişlerin yanı sıra ABD'de protonlar ve döteronlar üzerinde elektron saçılması üzerine deneyler).
Nötr akımların etkileşimi, S.V.'deki karşılık gelen terimle tanımlanır:
burada boyutsuz bir parametredir. Standart teoride (deneysel değer p, deneysel doğruluğun ve hesaplama doğruluğunun yüzde biri dahilinde 1 ile çakışır) radyasyon düzeltmeleri). Toplam zayıf nötr akım, tüm leptonlardan ve tüm kuarklardan gelen katkıları içerir: 
Nötr akımların çok önemli bir özelliği, köşegen olmaları, yani yüklü akımlarda olduğu gibi leptonları (ve kuarkları) diğer leptonlara (kuarklara) değil, kendilerine aktarmalarıdır. 12 kuark ve lepton nötr akımının her biri, eksenel akımın bir katsayı ile doğrusal bir birleşimidir. ben 3 ve katsayılı vektör akımı. 
, Nerede ben 3- sözde üçüncü projeksiyon. zayıf izotopik dönüş, Q- parçacık yükü ve - Weinberg açısı.
Ara bozonların dört vektör alanının varlığının gerekliliği W + , W -, Z 0 ve foton A daha sonra açıklanabilir. yol. Bilindiği gibi el-magn'da. etkileşim elektrik şarj oyunları çift rol: bir yandan korunan bir miktardır, diğer yandan bir elektrik manyetizma kaynağıdır. yüklü parçacıklar arasında etkileşime giren alan (etkileşim sabiti) e). Elektriğin rolü budur. yük, yüklü parçacıkların dalga fonksiyonları uzay-zaman noktasına bağlı olarak keyfi bir faz faktörü ile çarpıldığında teorinin denklemlerinin değişmemesi gerçeğinden oluşan bir gösterge tarafından sağlanır [yerel simetri U(1)] ve aynı zamanda el-magn. ayar alanı olan alan bir dönüşüme uğrar. Yerel Grup Dönüşümleri U(1) bir yük türü ve bir ayar alanı birbiriyle gidip gelir (böyle bir gruba Abelian denir). Belirtilen özellik elektrikseldir. Yük, teorilerin ve diğer etkileşim türlerinin inşası için başlangıç noktası olarak hizmet etti. Bu teorilerde, korunan nicelikler (örneğin izotopik spin), parçacıklar arasındaki etkileşimleri aktaran belirli ayar alanlarının aynı anda kaynaklarıdır. Birkaç durumda ayrı olduklarında "yük" türleri (örneğin izotopik dönüşün farklı projeksiyonları). dönüşümler birbirleriyle yer değiştirmez (Abelyen olmayan bir dönüşüm grubu), birkaçını tanıtmanın gerekli olduğu ortaya çıktı. ölçüm alanları. (Yerel Abel olmayan simetrilere karşılık gelen çok sayıda ayar alanı denir Young-Mills alanları.) Özellikle izotopik yani. spin [yerel grubun yanıt verdiği SU(2)] Bir etkileşim sabiti olarak hareket eden, S. yüzyıldan beri 1 ve 0 yüklerine sahip üç ölçüm alanına ihtiyaç vardır. parçacık çiftlerinin yüklü akımları söz konusudur 
vb., o zaman bu çiftlerin zayıf izospin grubunun, yani grubun çiftleri olduğuna inanılır. SU(2). Yerel grup dönüşümleri altında teorinin değişmezliği S.Ü.(2) belirtildiği gibi kütlesiz ayar alanlarının üçlü varlığını gerektirir W+, W - , W 0 kaynağı zayıf izospin olan (etkileşim sabiti) G). Güçlü etkileşime benzetilerek, aşırı yük Yİzotopikte yer alan parçacıklar. f-loy tarafından belirlenen çoklu Q = ben 3 + E/2(Nerede ben 3- üçüncü izospin projeksiyonu, a Q- elektrik yük), zayıf bir izospin ile birlikte zayıf bir hiperyük ortaya çıkar. Daha sonra elektrikten tasarruf edin. yük ve zayıf izospin, zayıf hiper yükün korunmasına karşılık gelir [grup [ sen(1)]. Zayıf bir aşırı yük, nötr bir ölçüm alanının kaynağıdır B 0(etkileşim sabiti G"). Alanların karşılıklı iki dik doğrusal süperpozisyonu B° Ve W° foton alanını tanımlayın A ve Z-boson alanı: 
Nerede 
. Nötr akımların yapısını belirleyen açının büyüklüğüdür. Aynı zamanda sabit arasındaki ilişkiyi de tanımlar. G bozonların zayıf bir akımla etkileşimini karakterize eden ve sabit e Bir fotonun elektrikle etkileşimini karakterize eden. elektrik çarpması: 
S.'nin bunu yapması için. kısa menzilli bir doğaya sahip olduğundan, ara bozonların büyük olması gerekirken, orijinal ayar alanlarının kuantumu - 
- kütlesiz. Standart teoriye göre, ara bozonlarda kütlenin ortaya çıkışı şu durumlarda meydana gelir: kendiliğinden simetri kırılması SU(2) X U(1)ile U(1) em. Ayrıca alanların süperpozisyonlarından biri B 0 Ve W 0- foton ( A) kütlesiz kalır, a- ve Z-bozonları kütle kazanır:
Hadi deneyelim. nötr akımlara ilişkin veriler verildi 
. Beklenen kitleler buna karşılık geldi W- ve sırasıyla Z bozonları ve
Tespit için W- ve Z bozonları özel olarak yaratıldı. çarpışan yüksek enerjili ışınların çarpışması sırasında bu bozonların doğduğu tesisler. İlk kurulum 1981 yılında CERN'de faaliyete geçti. 1983'te CERN'de orta düzey doğum vakalarının tespit edildiğine dair raporlar ortaya çıktı. vektör bozonları. Doğum verileri 1989'da yayınlandı W- Ve Z- Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki (FNAL) Amerikan proton-antiproton çarpıştırıcısı Tevatron'daki bozonlar. K con. 1980'ler tam sayı W- ve CERN ve FNAL'deki proton-antiproton çarpıştırıcılarında gözlenen Z bozonlarının sayısı yüzlercedir.
1989 yılında, CERN'deki LEP ve Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi'ndeki (SLAC) SLC elektron-pozitroin çarpıştırıcıları çalışmaya başladı. LEP'in çalışması özellikle başarılıydı; 1991'in başlarında Z bozonlarının oluşumu ve bozunmasına ilişkin yarım milyondan fazla vakanın kaydedildiği yer. Z-bozon bozunumları üzerine yapılan çalışma, doğada daha önce bilinenler dışında başka hiçbir nötrino bulunmadığını göstermiştir. Z-boson kütlesi yüksek doğrulukla ölçüldü: tz = 91,173 0,020 GeV (W bozonunun kütlesi önemli ölçüde daha kötü bir doğrulukla bilinmektedir: m w= 80.220.26 GeV). Özellikleri incelemek W- ve Z-bosonları, standart elektrozayıf etkileşim teorisinin temel (gösterge) fikrinin doğruluğunu doğruladı. Ancak teoriyi tam olarak test etmek için, kendiliğinden simetri kırılmasının mekanizmasını deneysel olarak incelemek de gereklidir. Standart teoride kendiliğinden simetri kırılmasının kaynağı 
belirli bir özelliğe sahip özel bir izodoublet skaler alandır. kendi kendine eylem 
, Nerede - boyutsuz sabit ve h sabiti kütle boyutuna sahiptir 
. Minimum etkileşim enerjisine ve dolayısıyla en düşük enerjiye ulaşılır. durum - vakum - sıfır olmayan bir vakum alanı değeri içerir. Eğer bu simetri kırılma mekanizması gerçekten doğada meydana geliyorsa, o zaman sözde temel skaler bozonların olması gerekir. Higgs bozonu(Higgs alanı kuantumu). Standart teori en az birinin varlığını tahmin ediyor skaler bozon(nötr olmalıdır). Teorinin daha karmaşık versiyonlarında birkaç tane var. bu tür parçacıklar ve bazıları yüklüdür (bu mümkündür). Ara bozonlardan farklı olarak Higgs bozonlarının kütleleri teori ile tahmin edilememektedir.
Elektrozayıf etkileşimin ayar teorisi yeniden normalleştirilebilir: bu, özellikle zayıf ve el-manyetik etkileşimlerin genliklerinin olduğu anlamına gelir. süreçler pertürbasyon teorisi kullanılarak hesaplanabilir ve daha yüksek düzeltmeler sıradan kuantumda olduğu gibi küçüktür (bkz. Yeniden normalleştirilebilirlik(Buna karşılık, değişken hıza ilişkin dört fermiyon teorisi yeniden normalleştirilemez ve kendi içinde tutarlı bir teori değildir.)
Teorik var modeller Büyük Birleşme, burada bir grup olarak 
elektrozayıf etkileşim ve grup SU(3)güçlü etkileşim, tek bir ayar etkileşim sabiti ile karakterize edilen, tek bir grubun alt gruplarıdır. Daha da fazla fonla. modeller, bu etkileşimler yerçekimsel olanlarla birleştirilir (sözde süper birleşme).
Yandı: Ts., Moshkovsky S.A., Beta bozunması, çev. İngilizce'den, M., 1970; Weinberg S., Temel parçacıkların birleşik etkileşim teorileri, çev. İngilizceden, UFN, 1976, cilt 118, v. 3, s. 505; Taylor J., Zayıf Etkileşimlerin Ölçme Teorileri, çev. İngilizce'den, M., 1978; Birleşik alan teorisine giden yolda. Doygunluk. art., çeviriler, M., 1980; Okun L.B., Leptonlar ve kuarklar, 2. baskı, M., 1990. LB Okun.
Zayıf etkileşim
Güçlü etkileşim kısa sürelidir. Etki aralığı yaklaşık 10-13 cm'dir.
Güçlü etkileşimlere katılan parçacıklara hadron denir. Sıradan kararlı bir maddede çok fazla değil yüksek sıcaklık güçlü etkileşim herhangi bir sürece neden olmaz. Rolü, çekirdeklerdeki nükleonlar (protonlar ve nötronlar) arasında güçlü bir bağ oluşturmaktır. Bağlanma enerjisi nükleon başına ortalama 8 MeV civarındadır. Ayrıca çekirdeklerin veya nükleonların yeterli miktarda çarpışması durumunda yüksek enerji(yüzlerce MeV mertebesinde), güçlü etkileşim çok sayıda nükleer reaksiyonlar: çekirdeklerin bölünmesi, bazı çekirdeklerin diğerlerine dönüşümü vb.
Birkaç yüz MeV mertebesindeki çarpışan nükleonların enerjilerinden başlayarak, güçlü etkileşim P-mezonların üretimine yol açar. Daha da yüksek enerjilerde, K-mezonlar ve hiperonlar ile birçok mezon ve baryon rezonansı doğar (rezonanslar, hadronların kısa ömürlü uyarılmış durumlarıdır).
Aynı zamanda tüm parçacıkların güçlü bir etkileşim yaşamadığı ortaya çıktı. Böylece protonlar ve nötronlar bunu yaşar, ancak elektronlar, nötrinolar ve fotonlar buna maruz kalmaz. Genellikle yalnızca ağır parçacıklar güçlü etkileşimlere katılır.
Güçlü etkileşimin doğasına ilişkin teorik açıklamayı geliştirmek zor olmuştur. Bir atılım ancak 1960'ların başında kuark modelinin önerildiği zaman ortaya çıktı. Bu teoride nötronlar ve protonlar temel parçacıklar ancak kuarklardan oluşturulmuş kompozit sistemler olarak
Güçlü etkileşim kuantumu sekiz gluondur. Gluonlar isimlerini nereden alıyor? İngilizce kelime tutkal (yapıştırıcı), çünkü kuarkların hapsedilmesinden sorumludurlar. Gluonların geri kalan kütleleri sıfırdır. Aynı zamanda, gluonlar renkli bir yüke sahiptirler, bu nedenle birbirleriyle etkileşime girebilmektedirler, dedikleri gibi, kendi kendine etkileşim, bu da doğrusal olmaması nedeniyle güçlü etkileşimi matematiksel olarak tanımlamada zorluklara yol açmaktadır.
Etki aralığı 10-15 cm'den azdır. Zayıf etkileşim, yalnızca güçlü olandan değil, aynı zamanda elektromanyetik olandan da birkaç kat daha zayıftır. Üstelik mikrokozmosta yer çekimi kuvvetinden çok daha güçlüdür.
Zayıf etkileşimlerin neden olduğu ilk keşfedilen ve en yaygın süreç radyoaktif b bozunumuçekirdekler.
ref.rf'de yayınlandı
Bu tip radyoaktivite 1896 yılında A.A. Becquerelem. Radyoaktif elektronun /b - -/ bozunması sürecinde, nötronlardan biri / N/ atom çekirdeği protona dönüşüyor / R/ elektron emisyonlu / e-/ ve elektron antinötrino //:
n ® p + e-+
Pozitronik /b + -/ bozunum sürecinde aşağıdaki geçiş meydana gelir:
p® n + e++
1934 yılında E. Fermi tarafından oluşturulan ilk b-bozunumu teorisinde, bu olguyu açıklamak için varlığın hipotezini ortaya koymak gerekiyordu. özel tip Geçişe neden olan kısa menzilli kuvvetler
n ® p + e-+
Daha sonraki araştırmalar Fermi'nin ortaya koyduğu etkileşimin evrensel bir karaktere sahip olduğunu gösterdi.
ref.rf'de yayınlandı
Kütleleri ve seçim kuralları aşağıdakilere göre olan tüm kararsız parçacıkların bozunmasına neden olur. kuantum sayıları güçlü veya elektromanyetik etkileşim nedeniyle çürümelerine izin vermeyin. Zayıf etkileşim, fotonlar dışındaki tüm parçacıkların doğasında vardır. 100 MeV düzeyindeki enerjilerdeki zayıf etkileşim süreçlerinin karakteristik süresi, güçlü etkileşimin karakteristik süresinden 13-14 kat daha uzundur.
Zayıf etkileşim kuantumu üç bozondur - W + , W - , Z°- bozonları. Üst simgeler işareti belirtir elektrik yükü bu kuantumlar. Zayıf etkileşim kuantumlarının önemli bir kütleye sahip olması, zayıf etkileşimin çok kısa mesafelerde kendini göstermesine yol açmaktadır.
Şunu da hesaba katmak gerekir ki, bugün zaten birleşik teori zayıf ve elektromanyetik etkileşimler birleştirilir. Bir numara var teorik şemalar Her türlü etkileşim için birleşik bir teori yaratma girişiminde bulunulduğu. Ancak bu şemalar henüz deneysel olarak test edilebilecek kadar geliştirilmemiştir.
26. Yapısal fizik. Doğanın tanımlanması ve açıklanmasına bütüncül yaklaşım. İndirgemecilik
Yapısal fiziğin nesneleri maddenin yapısının unsurlarıdır (örneğin, moleküller, atomlar, temel parçacıklar) ve bunların daha karmaşık bir oluşumu. Bu:
1) plazma - moleküllerin veya atomların önemli bir kısmının iyonize olduğu bir gazdır;
2) kristaller- Bu katılar atomların veya moleküllerin düzenli bir şekilde düzenlendiği ve periyodik olarak tekrarlanan bir yapı oluşturduğu iç yapı;
3) sıvılar- Bu fiziksel durum maddeler, katı hal (hacimin korunması, belirli bir gerilme mukavemeti) ve gaz halindeki durumun (şekil değişkenliği) özelliklerini birleştirir.
Sıvı şu şekilde karakterize edilir:
a) parçacıkların (moleküller, atomlar) düzenlenmesinde kısa menzilli düzen;
b) termal hareketin kinetik enerjisindeki küçük fark ve bunların potansiyel enerji etkileşimler.
4) yıldızlar,ᴛ.ᴇ. parlayan gaz (plazma) topları.
Seçerken yapısal denklemler maddeler aşağıdaki kriterleri kullanır:
Uzamsal boyutlar: aynı seviyedeki parçacıklar aynı düzeyde uzamsal boyutlara sahiptir (örneğin, tüm atomların boyutları 10-8 cm civarındadır);
Süreç süresi: Bir seviyede yaklaşık olarak aynı büyüklüktedir;
Aynı seviyedeki nesneler aynı elementlerden oluşur (örneğin, tüm çekirdekler protonlardan ve nötronlardan oluşur);
Bir düzeydeki süreçleri açıklayan yasalar, başka bir düzeydeki süreçleri açıklayan yasalardan niteliksel olarak farklıdır;
Farklı seviyelerdeki nesnelerin temel özellikleri farklılık gösterir (örneğin, tüm atomlar elektriksel olarak nötrdür ve tüm çekirdekler pozitif elektrik yüklüdür).
Yeni yapı düzeyleri ve maddenin halleri keşfedildikçe, yapısal fiziğin nesne alanı genişliyor.
Belirli bir çözümü çözerken dikkate alınması gerekir. fiziksel problemler Yapının, etkileşimin ve hareketin açıklanmasına ilişkin sorular yakından iç içe geçmiş durumdadır.
Yapısal fiziğin temelinde doğayı tanımlamaya ve açıklamaya yönelik parçacıksal bir yaklaşım vardır.
Vücudun son ve bölünmez parçacığı olarak atom kavramı ilk kez Antik Yunan'da Leukippos-Demokritos okulunun doğal felsefi öğretileri çerçevesinde ortaya çıktı. Bu görüşe göre dünyada yalnızca boşlukta hareket eden atomlar vardır. Eski atomcular maddenin sürekliliğinin açık olduğunu düşünüyorlardı. Farklı atom kombinasyonları farklı görünür cisimler oluşturur. Bu hipotez deneysel verilere dayanmıyordu. O sadece harika bir tahmindi. Ancak gelecek yüzyıllar boyunca her şeyi belirledi. daha fazla gelişme doğa bilimleri.
Atom Hipotezi bölünmez parçacıklar Maddeler doğa bilimlerinde, özellikle fizik ve kimyada deneysel olarak oluşturulan bazı yasaları açıklamak için yeniden canlandırıldı (örneğin ideal gazlar için Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac yasaları, termal genleşme tel, vb.). Aslında Boyle-Mariotte yasası bir gazın hacminin basıncıyla ters orantılı olduğunu belirtir ancak bunun neden böyle olduğunu açıklamaz. Aynı şekilde bir cisim ısıtıldığında boyutu da artar. Peki bu genişlemenin nedeni nedir? Maddenin kinetik teorisinde bu ve deneysel olarak oluşturulan diğer modeller atom ve moleküllerin yardımıyla açıklanmaktadır.
Nitekim maddenin kinetik teorisinde hacminin artmasıyla birlikte gaz basıncında doğrudan gözlenen ve ölçülebilir azalma, onu oluşturan atom ve moleküllerin serbest yolunun artmasıyla açıklanmaktadır. Bunun sonucunda gazın kapladığı hacim artar. Benzer şekilde maddenin kinetik teorisinde cisimlerin ısıtıldığında genleşmesi bir artışla açıklanır. ortalama hız hareketli moleküller
Karmaşık maddelerin veya cisimlerin özelliklerini, daha basit elementlerin veya cisimlerin özelliklerine indirgemeye çalıştıkları açıklamalar bileşenler, isminde indirgemecilik. Bu analiz yöntemi, doğa bilimlerindeki geniş bir problem sınıfını çözmeyi mümkün kıldı.
19. yüzyılın sonuna kadar. Atomun maddenin en küçük, bölünmez, yapısız parçacığı olduğuna inanılıyordu. Aynı zamanda elektron ve radyoaktivite konusundaki keşifler bunun böyle olmadığını gösterdi. ortaya çıkar gezegen modeli Rutherford atomu. Daha sonra yerini N. Bora modeli aldı. Ancak daha önce olduğu gibi fizikçilerin düşünceleri tüm çeşitliliği azaltmayı amaçlıyor. karmaşık özellikler bedenler ve doğal olaylar basit özellikler az sayıda birincil parçacık. Daha sonra bu parçacıklara ad verildi. temel. Şimdi onlar toplam sayı 350'yi aşıyor. Bu nedenle, bu tür parçacıkların tamamının, başka elementler içermeyen, gerçekten temel olarak adlandırılması pek olası değildir. Bu inanç kuarkların varlığı hipoteziyle güçlenmektedir. Buna göre bilinen temel parçacıklar kesirli elektrik yüklü parçacıklardan oluşur. Onlar denir kuarklar.
Temel parçacıkların katıldığı etkileşim türüne göre foton hariç tümü iki gruba ayrılır:
1) hadronlar. Güçlü etkileşimin varlığı ile karakterize olduklarını söylemeye değer. Üstelik zayıf ve elektromanyetik etkileşimlere de katılabilirler;
2) leptonlar. Οʜᴎ yalnızca elektromanyetik ve zayıf etkileşimlere katılır;
Ömürlerine göre ayırt edilirler:
a) kararlı temel parçacıklar. Bunlar elektron, foton, proton ve nötrinodur;
b) yarı kararlı. Bunlar elektromanyetik ve zayıf etkileşimler nedeniyle bozunan parçacıklardır. Örneğin + ® m + +'ya;
c) kararsız. Örneğin, güçlü etkileşim nedeniyle Οʜᴎ bozunması, nötron.
Temel parçacıkların elektrik yükleri, elektronun doğasında bulunan en küçük yükün katlarıdır. Aynı zamanda, temel parçacıklar parçacık çiftlerine ayrılır - antipartikül, örneğin e - - e + (hepsi aynı özelliklere sahiptir ve elektrik yükünün işaretleri zıttır). Elektriksel olarak nötr parçacıkların aynı zamanda antiparçacıkları da vardır, örneğin: P -,- .
Bu yüzden, atomistik kavram maddenin ayrık yapısı fikrine dayanır. Atomik yaklaşım, fiziksel bir nesnenin özelliklerini, belirli bir biliş aşamasında bölünmez olarak kabul edilen en küçük parçacıklarının özelliklerine dayanarak açıklar. Tarihsel olarak bu tür parçacıklar önce atom, sonra temel parçacık ve şimdi de kuark olarak tanındı. Bu yaklaşımın zorluğu, karmaşık olanın tamamen basit olana indirgenmesidir, bu da aralarındaki niteliksel farklılıkları hesaba katmaz.
Yirminci yüzyılın ilk çeyreğinin sonuna kadar, makro ve mikro kozmosun yapısının birliği fikri, mekanik olarak, yasaların tam özdeşliği ve her ikisinin yapısının tam benzerliği olarak anlaşıldı.
Mikro parçacıklar makro cisimlerin minyatür kopyaları olarak yorumlandı, ᴛ.ᴇ. Gezegensel yörüngelere tamamen benzeyen hassas yörüngelerde hareket eden son derece küçük toplar (parçacıklar) gibi; tek fark, gök cisimleri yerçekimi etkileşimi kuvvetleriyle ve mikropartiküller elektriksel etkileşim kuvvetleriyle bağlanır.
Elektronun keşfinden (Thomson, 1897 ᴦ.), kuantum teorisinin yaratılmasından (Planck, 1900 ᴦ.), foton kavramının tanıtılmasından (Einstein, 1905 ᴦ.) sonra atom doktrini kazanıldı. yeni karakter.
ref.rf'de yayınlandı
Ayrıklık fikri, elektrik ve ışık fenomeni alanına, enerji kavramına kadar genişletildi (19. yüzyılda enerji doktrini, sürekli değerler ve durum fonksiyonları). Modernin en önemli özelliği atom doktrini eylemin atomizmini oluşturur. Bunun nedeni, çeşitli mikro nesnelerin hareketinin, özelliklerinin ve durumlarının kuantizasyona uygun olmasıdır, ᴛ.ᴇ. ayrık miktarlar ve oranlar şeklinde ifade edilir. Yeni atomizm tanır göreceli stabilite Her ayrı madde türü, niteliksel kesinliği, doğal olayların bilinen sınırları içindeki göreli bölünmezliği ve dönüştürülemezliği. Örneğin bazılarına bölünebilme fiziksel yollarla, atom kimyasal olarak bölünemez, ᴛ.ᴇ. kimyasal süreçlerde bir bütün, bölünemez bir şey gibi davranır. Kimyasal olarak atomlara bölünebilen molekül, termal hareket halindedir (en fazla bilinen sınırlar) bir bütün olarak, bölünemez vb. davranır.
Yeni atomizm kavramında özellikle önemli olan, herhangi bir ayrı madde türünün birbirine dönüştürülebilirliğinin tanınmasıdır.
Farklı seviyeler yapısal organizasyon fiziksel gerçeklik(kuarklar, mikro parçacıklar, çekirdekler, atomlar, moleküller, makro cisimler, mega sistemler) kendine özgü özelliklere sahiptir. fiziksel yasalar. Ancak incelenen olgu, incelenen olgudan ne kadar farklı olursa olsun klasik fizik, tüm deneysel veriler klasik kavramlar kullanılarak tanımlanmalıdır. İncelenen mikro nesnenin davranışının tanımı ile ölçüm cihazlarının hareketinin tanımı arasında temel bir fark vardır. Bu, ölçüm cihazlarının hareketinin prensip olarak dilde tanımlanması gerektiği gerçeğinin sonucudur. klasik fizik ve incelenen nesne bu dille tanımlanamayabilir.
Açıklamaya bütüncül yaklaşım fiziksel olaylar ve süreçler, etkileşim fiziğinin ortaya çıkışından bu yana daima süreklilik yaklaşımıyla birleştirilmiştir. Alanın kavramında ve rolünün açıklanmasında ifade edildi. fiziksel etkileşim. Alanın belirli türdeki parçacıkların akışı olarak temsili ( kuantum teorisi alanlar) ve herhangi birine atıf fiziksel nesne dalga özellikleri(Louis de Broglie'nin hipotezi) fiziksel olayların analizine yönelik bu iki yaklaşımı bir araya getirdi.
Zayıf etkileşim - kavram ve türleri. "Zayıf etkileşim" kategorisinin sınıflandırılması ve özellikleri 2017, 2018.
