Нейтральный ток

Стандартная модель физики элементарных частиц
Элементарные частицы Стандартной модели
Фон Физика частиц Стандартная модель Квантовая теория поля Калибровочная теория Спонтанное нарушение симметрии Механизм Хиггса
Составляющие Электрослабое взаимодействие Квантовая хромодинамика Матрица CKM Математика Стандартной модели
Ограничения Сильная проблема CP Проблема иерархии Осцилляции нейтрино Физика за пределами Стандартной модели
Ученые Резерфорд Томсон Чедвик Бозе Сударшан Дэвис-младший Андерсон Ферми Дирак Фейнман Руббия Гелл-Манн Кендалл Тейлор Фридман Пауэлл Андерсон Глэшоу Илиопулос Ледерман Майани Меер Коуэн Намбу Чемберлен Кабиббо Шварц Перл Майорана Вайнберг Ли Сторожить Салам Кобаяши Маскава Миллс Ян Юкава 'т Хоофт Вельтман Валовой Паис Паули Политцер Рейнес Швингер Вильчек Кронин Фитч Флек Хиггс Энглерт Браут Хаген Гуральник Киббл де Майоло Латте Цвейг
в т е

Взаимодействия слабых нейтральных токов являются одним из способов, с помощью которых субатомные частицы могут взаимодействовать посредством слабой силы . Эти взаимодействия опосредованы Z-бозоном . Открытие слабых нейтральных токов стало значительным шагом на пути к объединению электромагнетизма и слабой силы в электрослабую силу и привело к открытию W- и Z-бозонов .

Слабое взаимодействие наиболее известно по своей роли в ядерном распаде. Оно имеет очень короткий радиус действия, но (помимо гравитации) является единственной силой, взаимодействующей с нейтрино . Как и другие субатомные силы, слабое взаимодействие опосредовано обменными частицами. Возможно, наиболее известной из обменных частиц для слабого взаимодействия является частица W , которая участвует в бета-распаде . Частицы W имеют электрический заряд — существуют как положительные, так и отрицательные частицы W — однако бозон Z также является обменной частицей для слабого взаимодействия, но не имеет никакого электрического заряда.

Обмен Z-бозоном переносит импульс , спин и энергию , но оставляет квантовые числа взаимодействующих частиц неизменными – заряд, аромат , барионное число , лептонное число и т. д. Поскольку передача электрического заряда не происходит, обмен Z-частицами называется «нейтральным» в фразе «нейтральный ток». Однако слово «ток» здесь не имеет ничего общего с электричеством – оно просто относится к обмену Z-частицей. ^[1]

Взаимодействие нейтрального тока Z-бозона определяется производным квантовым числом, называемым слабым зарядом , которое действует аналогично слабому изоспину для взаимодействий с W-бозонами.

Нейтральный ток, давший название взаимодействию, — это ток взаимодействующих частиц.

Например, вклад нейтрального тока в
ν
_е
е⁻
→
ν
_е
е⁻
Амплитуда упругого рассеяния равна

${\displaystyle {\mathfrak {M}}^{\mathsf {NC}}~\propto ~J_{\mu }^{\mathsf {(NC)}}(\nu _{\mathrm {e} })\;J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(\mathrm {e^{-}} )\ ,}$

где нейтральные токи, описывающие поток нейтрино и электрона, определяются как: ^[2]

${\displaystyle J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(f)={\bar {u}}_{f}\ \gamma ^{\mu }\ {\frac {1}{2}}\left(g_{\mathsf {V}}^{f}-g_{\mathsf {A}}^{f}\ \gamma ^{5}\right)\ u_{f}\ ,}$

где: ^[2]

${\displaystyle g_{\mathsf {V}}^{f}=T_{3}(f)-2\sin ^{2}\theta _{\mathsf {W}}\ Q(f)={\frac {1}{2}}\ Q_{\mathsf {W}}(f)}$

и являются векторными и аксиальными связями для фермиона обозначает слабый изоспин фермионов, Q их электрический заряд и их слабый заряд . Эти связи по существу являются левохиральными для нейтрино и аксиальными для заряженных лептонов .${\displaystyle \ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\ }$ ${\displaystyle \ f~.}$ ${\displaystyle \ T_{3}\ }$${\displaystyle \ Q_{\mathsf {W}}\ }$

Z-бозон может связываться с любой частицей Стандартной модели, за исключением глюонов и фотонов ( стерильные нейтрино также были бы исключением, если бы они были обнаружены). Однако любое взаимодействие между двумя заряженными частицами, которое может происходить посредством обмена виртуальным Z-бозоном, может также происходить посредством обмена виртуальным фотоном . Если только взаимодействующие частицы не имеют энергии порядка массы Z-бозона (91 ГэВ) или выше, обмен виртуальным Z-бозоном имеет эффект крошечной поправки к амплитуде электромагнитного процесса.${\displaystyle \ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,}$

Ускорители частиц с энергиями, необходимыми для наблюдения взаимодействий нейтральных токов и измерения массы Z-бозона, появились только в 1983 году.

С другой стороны, взаимодействия Z-бозонов с участием нейтрино имеют отличительные признаки: они представляют собой единственный известный механизм упругого рассеяния нейтрино в веществе; нейтрино почти с такой же вероятностью рассеиваются упруго (через обмен Z-бозонами), как и неупруго (через обмен W-бозонами ), что имеет важное экспериментальное значение, например, в эксперименте в нейтринной обсерватории Садбери .

Слабые нейтральные токи были предсказаны электрослабой теорией, разработанной в основном Абдусом Саламом , Джоном Клайвом Уордом , Шелдоном Глэшоу и Стивеном Вайнбергом [ ^3] , и подтверждены вскоре после этого в 1973 году в нейтринном эксперименте в пузырьковой камере Гаргамель в ЦЕРНе .

• Заряженный ток
• Вкус, меняющий нейтральный ток
• Колебание нейтральной частицы
• Электрический ток
• Квантовая хромодинамика
• Нейтринная обсерватория Садбери#Взаимодействие нейтральных токов
• Слабый заряд

• «Открытие слабых нейтральных токов». Курьер ЦЕРН . 3 октября 2004 г.
• "Gargamelle". CERN public web . Research. Архивировано из оригинала 2011-08-27 . Получено 2011-08-27 .
• «Взаимодействие нейтрального тока». Britannica.
• Наве, Р. «Нейтральный ток». GSU.
• Nieves, J.; Valverde, M.; Vicente Vacas, MJ (2006). "Charged and neutral current neutrino induced nucleon emit responses" (PDF) . Acta Physica Polonica B . 37 (8): 2295–2301. arXiv : hep-ph/0605221 . Bibcode :2006AcPPB..37.2295N. Архивировано из оригинала (PDF) 21 января 2012 г.
• "Гаргамель". Журнал Symmetry . 2009-07-07.
• Фрейзер, Гордон (3 ноября 1998 г.). «Двадцать пять лет нейтральных токов». CERN Courier . 27904. Гордон Фрейзер оглядывается назад на то, как подтверждение существования нейтральных токов положило начало новому пониманию физики.
• Фенкарт, Санье (3 июля 2023 г.). «Нейтринная одиссея ЦЕРНа». CERN Courier . Санье Фенкарт рассказывает об открытии нейтральных токов в 50-летний юбилей
• Падилла, Антонио (Тони). Брэди Харан (ред.). «Гаргамель и нейтральные токи». Шестьдесят символов . Ноттингемский университет .