Gyenge kölcsönhatás

Agyenge kölcsönhatásarészecskefizikanégyalapvető kölcsönhatásánakegyike. Ez okozza aradioaktívbomlások közül abéta-bomlást:a szabadneutronbomlását, valamint egyes atomokban aprotonilletve neutron bomlását. Az összesleptonraéskvarkrahat. Ez az egyedüli kölcsönhatás, amelyben aneutrínórészt vesz. Közvetítő részecskéi aW- és Z-bozonok.A W⁺,W⁻elektromosan töltöttbozonoktömege hozzávetőlegesen 80GeV/c², a Z⁰semleges bozon, tömege nagyjából 91 GeV/c².

1968-banSheldon Lee Glashownak,Abdus SalamnakésSteven Weinbergneksikerült egyesíteni azelektromágneses kölcsönhatássalelektrogyenge kölcsönhatásnéven (fizikai Nobel-díj,1979).

Története

Története aradioaktivitásBecquereláltali felfedezésével kezdődött1896-ban.1911-benLise MeitnerésOtto Hahnkísérletei kimutatták, hogy aβ-bomlásbankeletkezőelektronokspektruma folytonos és nem éles, mint mondjuk azα-bomlásé,amit ekkor még nem tudtak megmagyarázni.Wolfgang Paulifeltételezte, hogy egy semleges, közel nulla tömegű részecske, aneutrínó(ő előszörneutronnakhívta) keletkezik az elektron mellett, s ezért láthatatlanul elviszi az energia kisebb-nagyobb részét. Az első részleteselméletetazután1934-benEnrico Fermiszolgáltatta négy-fermion kölcsönhatásával. Ez aperturbációszámításelső rendjében kielégítően jól leírta a gyenge kölcsönhatás hatáskeresztmetszeteit, azután a második rendben eltávolíthatatlan végtelen nagy járulékok léptek fel a kisebb korrekciók helyett. Az elmélet nem bizonyultrenormálhatónak.

A megoldást akvantumtérelméletmértékelméleteihozták el a sikereskvantum-elektrodinamikamintájára, az elektrogyenge kölcsönhatás egyesített elméletével. Ez1968-ra öltött testet Sheldon Glashow, Steven Weinberg és Abdus Salam munkájának gyümölcseként, amiért1979-benfizikai Nobel-díjatkaptak.

Miért gyenge a gyenge kölcsönhatás?

Neutronbomlás

A töltött részecske keletkezésével járó neutronbomlás például úgy írható le, hogy a neutron kibocsát egy virtuális W-részecskét (W-bozont), miközben protonná alakul, a virtuális W-részecske pedig elbomlikelektronnáésantineutrínóvá.Vegyük észre, hogy a W-bozon tömege nagyobb, mint a neutroné, a klasszikus fizika szerint nem is keletkezhetne. Akvantummechanikaszerint viszont a tömeg nem egy határozott szám, hanem egyBreit–Wigner-eloszlás(rezonanciatömeg),úgyhogy kis valószínűséggel a keletkező részecske tömege lehet más, mint a nominális (azaz tkp. átlagos) tömege. Ilyenkor azt mondjuk, hogy a részecskenincs tömeghéjon.Azenergiamegmaradásés azimpulzusmegmaradásazonban mindig teljesül. A tömegeloszlás szélessége (szórása) és a részecskeélettartamaahatározatlansági relációnakmegfelelő viszonyban állnak egymással.

A legvalószínűbb, ha energetikailag lehetséges, a tömeghéjon való keletkezés. Példa erre aLEPgyorsító, ahol az ütközőelektron-pozitronpár energiája a kívántZ-bozontömegének kétszeresére volt beállítva. Itt annyira megnőtt a Z-bozon keletkezésének valószínűsége, hogy hozzá képest az alacsonyabb energián sokkal erősebb elektromágneses kölcsönhatást is el lehetett hanyagolni.

További információk

• A. Pich: The Standard Modell of Electroweak Interactions,arXiv:hep-ph/9412274v1 (1994)