القوة الضعيفة هي إحدى القوى الأساسية الأربع التي تحكم كل المادة في الكون. الثلاثة الأخرى هي الجاذبية والكهرومغناطيسية تفاعل قوي. بينما القوى الأخرى تربط الأشياء ببعضها، قوة ضعيفةمسرحيات دور كبيرفي تدميرهم.

التفاعل ضعيف أقوى من الجاذبيةولكنها فعالة فقط على مسافات قصيرة جدًا. تعمل القوة على المستوى دون الذري وتلعب دور حاسمفي توفير الطاقة للنجوم وخلق العناصر. وهي أيضًا مسؤولة عن معظمالإشعاع الطبيعي في الكون.

نظرية فيرمي

طوّر الفيزيائي الإيطالي إنريكو فيرمي نظرية في عام 1933 لشرح اضمحلال بيتا، وهي عملية تحول النيوترون إلى بروتون وإزاحة الإلكترون، وغالبًا ما يُطلق عليه جسيم بيتا في هذا السياق. لقد قرر نوع جديدالقوى، ما يسمى بالتفاعل الضعيف، الذي كان مسؤولاً عن الاضمحلال، وهي العملية الأساسية لتحويل النيوترون إلى بروتون ونيوترينو وإلكترون، والتي تم تعريفها لاحقًا على أنها نيوترينو مضاد.

افترض فيرمي في الأصل أن المسافة صفر والتماسك صفر. وكان لا بد أن يتلامس الجزيئان حتى تعمل القوة. ومنذ ذلك الحين تم اكتشاف أن القوة الضعيفة هي في الواقع قوة تظهر نفسها على مسافة قصيرة للغاية، تساوي 0.1% من قطر البروتون.

القوة الكهربائية الضعيفة

الخطوة الأولى في اندماج الهيدروجين هي اصطدام بروتونين بقوة كافية للتغلب على التنافر المتبادل بينهما بسبب تفاعلهما الكهرومغناطيسي.

إذا تم وضع كلا الجسيمين بالقرب من بعضهما البعض، فيمكن لقوة قوية أن تربطهما معًا. يؤدي هذا إلى إنشاء شكل غير مستقر من الهيليوم (2 He)، الذي يحتوي على نواة تحتوي على بروتونين، على عكس الشكل المستقر (4 He)، الذي يحتوي على نيوترونين وبروتونين.

على المرحلة القادمةالتفاعل الضعيف يأتي دوره. بسبب وفرة البروتونات، يتعرض أحدها لاضمحلال بيتا. بعد ذلك، تشكل التفاعلات الأخرى، بما في ذلك التكوين الوسيط واندماج 3He، في النهاية 4He مستقرًا.

الوقت كالنهر يحمل الأحداث العابرة، وتياره قوي؛ بمجرد ظهور شيء ما أمام عينيك، فقد تم بالفعل حمله بعيدًا، ويمكنك رؤية شيء آخر سيتم حمله بعيدًا أيضًا قريبًا.

ماركوس أوريليوس

كل واحد منا يسعى إلى خلق صورة كاملةالعالم بما في ذلك صورة الكون من الأصغر الجسيمات دون الذريةإلى أقصى حد. لكن قوانين الفيزياء تكون في بعض الأحيان غريبة للغاية وغير بديهية لدرجة أن هذه المهمة يمكن أن تصبح مرهقة بالنسبة لأولئك الذين لم يصبحوا فيزيائيين نظريين محترفين.

يسأل أحد القراء:

على الرغم من أن هذا ليس علم الفلك، ربما يمكنك أن تعطيني تلميحا. يتم حمل القوة القوية بواسطة الغلوونات وتربط الكواركات والغلوونات معًا. يتم حمل الفوتونات الكهرومغناطيسية وتربط الجسيمات المشحونة كهربائيًا. من المفترض أن الجاذبية تحملها الجرافيتونات وتربط جميع الجزيئات بالكتلة. الضعيف يحمله جسيمات W و Z و... يرتبط بالاضمحلال؟ لماذا تم وصف القوة الضعيفة بهذه الطريقة؟ هل القوة الضعيفة مسؤولة عن جذب و/أو تنافر أي جسيمات؟ وأي منها؟ وإذا لم يكن كذلك، فلماذا إذن هذا واحد من التفاعلات الأساسية، إذا لم يكن مرتبطا بأي قوى؟ شكرًا لك.

دعنا نتخلص من الأساسيات. هناك أربع قوى أساسية في الكون: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوة النووية القوية، والقوة النووية الضعيفة.

وكل هذا تفاعل، قوة. بالنسبة للجسيمات التي يمكن قياس حالتها، فإن تطبيق القوة يغير عزمها - في الحياة العادية، في مثل هذه الحالات نتحدث عن التسارع. وهذا صحيح بالنسبة لثلاث من هذه القوى.

في حالة الجاذبية، المبلغ الإجماليالطاقة (معظمها كتلة، ولكنها تشمل كل الطاقة) تعمل على ثني الزمكان، وتتغير حركة جميع الجسيمات الأخرى في وجود أي شيء له طاقة. هذه هي الطريقة التي تعمل بها نظرية الجاذبية الكلاسيكية (غير الكمومية). ربما هناك المزيد النظرية العامة, الجاذبية الكمومية، حيث يتم تبادل الجرافيتونات، مما يؤدي إلى ما نلاحظه كتفاعل الجاذبية.

قبل المتابعة، يرجى فهم:

1. تمتلك الجسيمات خاصية، أو شيئًا متأصلًا فيها، يسمح لها بالشعور (أو عدم الشعور) بنوع معين من القوة
2. تتفاعل الجسيمات الأخرى التي تحمل تفاعلات مع الجسيمات الأولى
3. نتيجة للتفاعلات، تتغير الجسيمات عزمها، أو تتسارع

في الكهرومغناطيسية، الخاصية الرئيسية هي شحنة كهربائية. على عكس الجاذبية، يمكن أن تكون إيجابية أو سلبية. وينتج عن الفوتون، وهو الجسيم الذي يحمل القوة المرتبطة بالشحنة رسوم متطابقةيتنافرون، وينجذب المختلفون.

ومن الجدير بالذكر أن الشحنات المتحركة، أو التيارات الكهربائية، تواجه مظهرًا آخر من مظاهر الكهرومغناطيسية - المغناطيسية. ويحدث نفس الشيء مع الجاذبية، وتسمى الجاذبية الكهرومغناطيسية (أو الجاذبية الكهرومغناطيسية). لن نتعمق أكثر - النقطة المهمة هي أنه لا يوجد شحنة وحامل قوة فحسب، بل توجد أيضًا تيارات.

هناك أيضًا تفاعل نووي قوي له ثلاثة أنواع من الشحنات. على الرغم من أن جميع الجسيمات لديها طاقة وجميعها تخضع للجاذبية، وعلى الرغم من أن الكواركات، إلا أن نصف اللبتونات وزوج من البوزونات تحتوي على شحنات كهربائية - فقط الكواركات والجلونات لها شحنة ملونة ويمكنها تجربة القوة النووية الشديدة.

هناك الكثير من الكتل في كل مكان، لذلك من السهل ملاحظة الجاذبية. وبما أن القوة القوية والكهرومغناطيسية قوية جدًا، فمن السهل أيضًا ملاحظتها.

ولكن ماذا عن هذا الأخير؟ التفاعل ضعيف؟

نتحدث عادة عن ذلك في سياق الاضمحلال الإشعاعي. يضمحل الكوارك أو اللبتون الثقيل إلى كواركات أخف وأكثر استقرارًا. نعم التفاعل الضعيف له علاقة بهذا. ولكن في في هذا المثالإنها مختلفة إلى حد ما عن القوى الأخرى.

لقد اتضح أن التفاعل الضعيف هو أيضًا قوة، ولكن لا يتم الحديث عنها كثيرًا. إنها ضعيفة! أضعف بـ 10.000.000 مرة من الكهرومغناطيسية على مسافة قطرها البروتون.

دائمًا ما يكون للجسيم المشحون شحنة، بغض النظر عما إذا كان متحركًا أم لا. لكن التيار الكهربائيالتي أنشأتها تعتمد على حركتها بالنسبة للجزيئات الأخرى. يحدد التيار المغناطيسية، والتي لا تقل أهمية عن الجزء الكهربائي من الكهرومغناطيسية. الجسيمات المركبة مثل البروتون والنيوترون لها أهمية كبيرة لحظات مغناطيسية، مثل الإلكترون.

الكواركات واللبتونات تأتي في ستة نكهات. الكواركات - أعلى، أسفل، غريب، مسحور، ساحر، صحيح (حسب تسميات حروفها باللاتينية u، d، s، c، t، b - up، down،غريب، سحر، أعلى، أسفل). اللبتونات - الإلكترون، إلكترون نيوترينو، ميون، ميون نيوترينو، تاو، تاو نيوترينو. كل واحد منهم لديه شحنة كهربائية، ولكن أيضا رائحة. إذا قمنا بدمج القوة الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة للحصول على القوة الكهروضعيفة، فإن كل جسيم سيكون له شحنة ضعيفة، أو تيار كهروضعيف، وثابت قوة ضعيفة. كل هذا موصوف في النموذج القياسي، ولكن كان من الصعب جدًا اختباره لأن الكهرومغناطيسية قوية جدًا.

وفي تجربة جديدة نشرت نتائجها مؤخرا، تم قياس مساهمة التفاعل الضعيف لأول مرة. مكنت التجربة من تحديد التفاعل الضعيف بين الكواركات العلوية والسفلية

والشحنات الضعيفة من البروتون والنيوترون. توقعات النموذج القياسي للشحنات الضعيفة كانت كما يلي:

س ث (ع) = 0.0710 ± 0.0007،
س ث (ن) = -0.9890 ± 0.0007.

وبناء على نتائج التشتت أنتجت التجربة القيم التالية:

س ث (ع) = 0.063 ± 0.012،
س ث (ن) = -0.975 ± 0.010.

وهو ما يتوافق جيدًا مع النظرية، مع مراعاة الخطأ. ويقول المجربون أنه من خلال معالجة المزيد من البيانات، فإنهم سيقللون من الخطأ. وإذا كان هناك أي مفاجآت أو تناقضات معها النموذج القياسيسيكون رائعًا! ولكن لا شيء يدل على ذلك:

ولذلك فإن الجسيمات لها شحنة ضعيفة، لكننا لا نتحدث عنها، لأنه من الصعب قياسها بشكل غير واقعي. لكننا فعلنا ذلك على أية حال، ويبدو أننا أعدنا تأكيد النموذج القياسي.

القوة الضعيفة، أو القوة النووية الضعيفة، هي إحدى القوى أربعة أساسيةالتفاعلات في الطبيعة. وهو مسؤول، على وجه الخصوص، عن اضمحلال بيتا للنواة. ويسمى هذا التفاعل ضعيفا لأن التفاعلين الآخرين مهمان لهما الفيزياء النووية(القوية والكهرومغناطيسية) تتميز بكثافة أكبر بكثير. ومع ذلك، فهو أقوى بكثير من رابع التفاعلات الأساسية، الجاذبية. قوة التفاعل الضعيفة ليست كافية لإبقاء الجزيئات بالقرب من بعضها البعض (أي لتكوين الدول المرتبطة). لا يمكن أن يظهر نفسه إلا أثناء التفكك والتحولات المتبادلة للجزيئات.

التفاعل الضعيف قصير المدى - ويتجلى على مسافات أصغر بكثير من حجم النواة الذرية (نصف قطر التفاعل المميز هو 2·10-18 م).

حاملات التفاعل الضعيف هي البوزونات المتجهات، و. وفي هذه الحالة يتم التمييز بين تفاعل ما يسمى بالتيارات الضعيفة المشحونة والتيارات الضعيفة المحايدة. يؤدي تفاعل التيارات المشحونة (بمشاركة البوزونات المشحونة) إلى تغير في شحنات الجسيمات وتحول بعض اللبتونات والكواركات إلى لبتونات وكواركات أخرى. تفاعل التيارات المحايدة (بمشاركة بوزون محايد) لا يغير شحنات الجسيمات ويحول اللبتونات والكواركات إلى نفس الجسيمات.

ولأول مرة، لوحظت تفاعلات ضعيفة أثناء اضمحلال بيتا النوى الذرية. وكما اتضح، ترتبط هذه التحللات بتحول البروتون إلى نيوترون في النواة والعكس صحيح:

ص > ن + ه+ + لا، ن > ص + ه- + ه،

حيث n هو نيوترون، p هو بروتون، e- هو إلكترون، n؟e هو إلكترون مضاد النيوترينو.

تنقسم الجسيمات الأولية عادة إلى ثلاث مجموعات:

1) الفوتونات. وتتكون هذه المجموعة من جسيم واحد فقط - الفوتون - وهو كم من الإشعاع الكهرومغناطيسي؛

2) اللبتونات (من الكلمة اليونانية "leptos" - الضوء)، تشارك فقط في التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. تشمل اللبتونات الإلكترون ونيوترينو الميون، والإلكترون، والميون، واللبتون الثقيل الذي تم اكتشافه في عام 1975 - الليبتون، أو التاون، بكتلة تبلغ حوالي 3487 ميغا، بالإضافة إلى الجسيمات المضادة المقابلة لها. يرجع اسم اللبتونات إلى حقيقة أن كتل اللبتونات الأولى المعروفة كانت أصغر من كتل جميع الجسيمات الأخرى. وتشمل اللبتونات أيضًا النيوترينو السري، الذي يوجد فيه مؤخرامثبتة أيضا؛

3) الهدرونات (من الكلمة اليونانية "adros" - كبيرة وقوية). تتمتع الهادرونات بتفاعلات قوية مع التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. ومن بين الجسيمات التي تمت مناقشتها أعلاه، تشمل هذه الجسيمات البروتون والنيوترون والبيونات والكاونات.

خصائص التفاعل الضعيف

التفاعل الضعيف له خصائص مميزة:

1. جميع الفرميونات الأساسية (اللبتونات والكواركات) تشارك في التفاعلات الضعيفة. الفرميونات (من اسم الفيزيائي الإيطالي إي. فيرمي) هي جسيمات أولية ونواة ذرية وذرات ذات قيمة نصف صحيحة لزخمها الزاوي. أمثلة على الفرميونات: الكواركات (وهي تشكل البروتونات والنيوترونات، وهي أيضًا فرميونات)، واللبتونات (الإلكترونات، والميونات، ولبتونات تاو، والنيوترينوات). هذا هو التفاعل الوحيد الذي تشارك فيه النيوترينوات (بدون احتساب الجاذبية، التي لا تذكر فيها). ظروف المختبر)، وهو ما يفسر قدرة الاختراق الهائلة لهذه الجسيمات. يسمح التفاعل الضعيف لليبتونات والكواركات وجسيماتها المضادة بتبادل الطاقة والكتلة والشحنة الكهربائية أرقام الكم- أي يتحولون إلى بعضهم البعض.

2. حصل التفاعل الضعيف على اسمه لأن شدته المميزة أقل بكثير من كثافة الكهرومغناطيسية. في الفيزياء الجسيمات الأوليةوتتميز شدة التفاعل عادة بسرعة العمليات التي يسببها هذا التفاعل. كلما زادت سرعة حدوث العمليات، زادت شدة التفاعل. عند طاقات الجسيمات المتفاعلة من ترتيب 1 GeV، يكون المعدل المميز للعمليات الناتجة عن التفاعل الضعيف حوالي 10×10 ثانية، وهو ما يقرب من 11 مرة أكبر من العمليات الكهرومغناطيسية، أي أن العمليات الضعيفة هي عمليات بطيئة للغاية .

3. من الخصائص الأخرى لشدة التفاعل هو متوسط ​​المسار الحر للجزيئات في المادة. لذا، من أجل إيقاف الهادرون الطائر بسبب التفاعل القوي، يلزم وجود صفيحة من الحديد يبلغ سمكها عدة سنتيمترات. وفي الوقت نفسه، يمكن للنيوترينو، الذي يشارك فقط في التفاعلات الضعيفة، أن يطير عبر صفيحة يبلغ سمكها مليارات الكيلومترات.

4. التفاعل الضعيف له نطاق عمل صغير جدًا - حوالي 2·10-18 م (وهذا ما يقرب من 1000 مرة حجم أصغرحبات). ولهذا السبب، على الرغم من حقيقة أن التفاعل الضعيف أكثر كثافة بكثير من تفاعل الجاذبية، فإن نصف قطره غير محدود، إلا أنه يلعب دورًا أقل بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، حتى بالنسبة للنوى الموجودة على مسافة 10-10 م، يكون التفاعل الضعيف أضعف ليس فقط من التفاعل الكهرومغناطيسي، ولكن أيضًا من الجاذبية.

5. الشدة عمليات ضعيفةيعتمد بقوة على طاقة الجزيئات المتفاعلة. كلما زادت الطاقة، زادت الشدة. على سبيل المثال، بسبب التفاعل الضعيف، فإن النيوترون، الذي تبلغ طاقته الساكنة حوالي 1 GeV، يضمحل في حوالي 103 ثوانٍ، والهايبرون L، الذي تكون كتلته أكبر بمائة مرة، يضمحل خلال 10-10 ثوانٍ. وينطبق الشيء نفسه على النيوترينوات النشطة: فالمقطع العرضي للتفاعل مع نواة نيوترينو بطاقة 100 جيجا إلكترون فولت أكبر بستة أضعاف من النيوترينو الذي تبلغ طاقته حوالي 1 ميجا إلكترون فولت. ومع ذلك، عند طاقات تصل إلى عدة مئات من GeV (في إطار مركز كتلة الجسيمات المتصادمة)، تصبح شدة التفاعل الضعيف قابلة للمقارنة مع طاقة التفاعل الكهرومغناطيسي، ونتيجة لذلك يمكن أن تكون يوصف بطريقة موحدة باسم التفاعل الكهروضعيف. في فيزياء الجسيمات، القوة الكهربائية الضعيفة هي وصف عاماثنتين من القوى الأساسية الأربع: القوة الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية. على الرغم من أن هذين التفاعلين مختلفان تمامًا عند الطاقات المنخفضة العادية، إلا أنه من الناحية النظرية يتم تمثيلهما كتفاعلين مظاهر مختلفةتفاعل واحد. عند طاقات أعلى من طاقة التوحيد (حوالي 100 جيجا إلكترون فولت)، تتحد في تفاعل كهروضعيف واحد. التفاعل الكهروضعيف هو تفاعل تشارك فيه الكواركات واللبتونات، حيث تبعث وتمتص الفوتونات أو البوزونات الناقلة المتوسطة الثقيلة W+، W-، Z0. إيف. موصوفة بنظرية قياس ذات تناظر مكسور تلقائيًا.

6. التفاعل الضعيف هو التفاعل الأساسي الوحيد الذي لا يفي به قانون حفظ التكافؤ، وهذا يعني أن القوانين التي تخضع لها العمليات الضعيفة تتغير عندما ينعكس النظام. يؤدي انتهاك قانون حفظ التكافؤ إلى حقيقة أن الجسيمات اليسرى فقط (التي يكون دورانها موجهًا عكسًا للزخم)، وليس الجسيمات اليمنى (التي يكون دورانها في نفس اتجاه الزخم) خاضعة إلى تفاعل ضعيف، والعكس صحيح: تتفاعل الجسيمات المضادة اليمنى بشكل ضعيف، أما الجسيمات المضادة اليسرى فهي خاملة.

عملية الانعكاس المكاني P هي التحول

س، ص، ض، -x، -y، -z، -، .

تعمل العملية P على تغيير إشارة أي متجه قطبي

إن عملية الانعكاس المكاني تحول النظام إلى مرآة متماثلة. تناظر المرآةلوحظ في العمليات تحت تأثير قوي و التفاعلات الكهرومغناطيسية. يعني تماثل المرآة في هذه العمليات أنه في حالات تماثل المرآة تتحقق التحولات بنفس الاحتمال.

1957؟ يانغ Zhenning، تلقى لى Zongdao جائزة نوبلفي الفيزياء. لدراساته المتعمقة لما يسمى بقوانين التكافؤ، والتي أدت إلى اكتشافات مهمةفي مجال الجسيمات الأولية.

7. بالإضافة إلى التكافؤ المكاني، فإن التفاعل الضعيف أيضًا لا يحافظ على تكافؤ الشحنة الفضائية المجمعة، أي أن التفاعل الوحيد المعروف ينتهك مبدأ ثبات CP.

يعني تماثل الشحنة أنه إذا كانت هناك أي عملية تتضمن جسيمات، فعندما يتم استبدالها بالجسيمات المضادة (اقتران الشحنة)، فإن العملية موجودة أيضًا وتحدث بنفس الاحتمال. تماثل الشحنة غائب في العمليات التي تتضمن النيوترينوات والنيوترينوات المضادة. في الطبيعة، لا يوجد سوى النيوترينوات اليسرى والنيوترينوات المضادة اليمنى. إذا تم إخضاع كل من هذه الجسيمات (من أجل اليقين، سننظر إلى النيوترينو الإلكتروني n والنيوترينو المضاد e) لعملية اقتران الشحنة، فإنها ستتحول إلى كائنات غير موجودة بأرقام الليبتون والهليكوبتر.

وهكذا، في التفاعلات الضعيفة، يتم انتهاك الثبات P وC في وقت واحد. ومع ذلك، ماذا لو تم إجراء عمليتين متتاليتين على النيوترينو (النيوترينو المضاد)؟ التحولات P- وC (ترتيب العمليات ليس مهمًا)، ثم نحصل مرة أخرى على النيوترينوات الموجودة في الطبيعة. تسلسل العمليات و (أو في ترتيب عكسي) يسمى تحويل CP. نتيجة CP_transformation (الانعكاس المشترك) not وe هي كما يلي:

وهكذا، بالنسبة للنيوترينوات والنيوترينوات المضادة، فإن العملية التي تحول الجسيم إلى جسيم مضاد ليست عملية اقتران شحنة، بل تحويل CP.

تفاعل ضعيف- أحد الأسس الأربعة المعروفة. التفاعلاتبين . S. V. أضعف بكثير من القوي والمغناطيسي. التفاعلات، ولكنها أقوى بكثير من الجاذبية. في الثمانينات وقد ثبت أن الضعيف والمغن. التفاعلات - فرق. مظاهر واحدة التفاعل الكهروضعيف.

يمكن الحكم على شدة التفاعلات من خلال سرعة العمليات التي تسببها. عادة ما تتم مقارنة معدلات العمليات مع بعضها البعض عند طاقات GeV، وهي خاصية في فيزياء الجسيمات الأولية. في مثل هذه الطاقات، تحدث العملية الناتجة عن التفاعل القوي في الزمن s، المغن. العملية مع مرور الوقت، هو الوقت المميز للعمليات التي تحدث بسبب الطاقة الشمسية. (العمليات الضعيفة)، وأكثر من ذلك بكثير: ج، بحيث تتم العمليات الضعيفة في عالم الجسيمات الأولية ببطء شديد.

خاصية أخرى للتفاعل هي جزيئات المادة. يمكن احتجاز الجسيمات المتفاعلة بقوة (الهدرونات) بواسطة صفيحة حديدية ذات سماكات متعددة. عشرات السنتيمترات، في حين أن النيوترينو الذي يمتلك سرعة قوية فقط، سيمر دون أن يتعرض لاصطدام واحد، عبر صفيحة حديدية يبلغ سمكها حوالي مليار كيلومتر. الجاذبية أضعف. التفاعل الذي تكون قوته عند طاقة تبلغ ~ 1 GeV أقل بـ 10 33 مرة من قوة S. v. ومع ذلك، عادة ما يكون دور الجاذبية. التفاعلات ملحوظة أكثر بكثير من دور القرن الماضي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الجاذبية التفاعل، مثل التفاعل الكهرومغناطيسي، لديه نطاق كبير بلا حدود من العمل؛ لذلك، على سبيل المثال، تعمل قوى الجاذبية على الأجسام الموجودة على سطح الأرض. جاذبية جميع الذرات التي تشكل الأرض. التفاعل الضعيف له نطاق عمل قصير جدًا: تقريبًا. 2*10 -16 سم (وهو أقل بثلاث مرات من نصف قطر التفاعل القوي). ونتيجة لذلك، على سبيل المثال، S. v. بين نواة ذرتين متجاورتين تقع على مسافة 10-8 سم صغيرة بشكل لا يكاد يذكر، وأضعف بما لا يقاس ليس فقط من الذرات الكهرومغناطيسية، ولكن أيضًا من الجاذبية. التفاعلات بينهما.

ومع ذلك، على الرغم من صغر حجمها وعملها القصير، القرن S.. يلعب دورا هاما جدا في الطبيعة. لذلك، إذا كان من الممكن "إيقاف" الطاقة الشمسية، فسوف تنطفئ الشمس، لأن عملية تحويل البروتون إلى نيوترون وبوزيترون ونيوترينو ستكون مستحيلة، ونتيجة لذلك تتحول أربعة بروتونات إلى 4 هو واثنين من البوزيترونات واثنين من النيوترينوات. هذه العملية بمثابة العملية الرئيسية مصدر الطاقة من الشمس ومعظم النجوم (انظر دورة الهيدروجين). عمليات القرن. مع انبعاث النيوترينوات بشكل عام مهم للغاية في تطور النجوملأنها تسبب فقدان الطاقة بواسطة النجوم شديدة الحرارة أثناء الانفجارات المستعرات الأعظممع تكوين النجوم النابضة وغيرها. ولو لم تكن هناك طاقة شمسية، لكانت الميونات والميزونات والجسيمات الغريبة والساحرة، التي تضمحل نتيجة الطاقة الشمسية، مستقرة ومنتشرة في المادة العادية. يرجع هذا الدور الكبير لـ SE إلى حقيقة أنها لا تخضع لعدد من المحظورات المميزة للطاقة القوية والمغناطيسية. التفاعلات. وعلى وجه الخصوص، س. يحول اللبتونات المشحونة إلى نيوترينوات، ونوع واحد (نكهة) إلى كواركات من أنواع أخرى.

تزداد شدة العمليات الضعيفة بسرعة مع زيادة الطاقة. لذا، اضمحلال بيتا النيوترونيإطلاق الطاقة في كروم صغير (~1 MeV)، ويستمر تقريبًا. 10 3 ثانية، وهو أكبر 10 13 مرة من عمر الهايبرون، ويبلغ إطلاق الطاقة أثناء اضمحلاله حوالي 100 ميجا إلكترون فولت. المقطع العرضي للتفاعل مع النيوكليونات للنيوترينوات ذات الطاقة ~ 100 GeV هو تقريبًا. مليون مرة أكثر من النيوترينوات التي تبلغ طاقتها ~1 MeV. وفقا للنظرية المفاهيم، فإن نمو المقطع العرضي سوف يستمر في طاقات من أجل عدة. مئات GeV (في نظام مركز القصور الذاتي للجزيئات المتصادمة). عند هذه الطاقات وعند انتقال الزخم الكبير، تظهر التأثيرات المرتبطة بوجود بوزونات ناقلة وسيطة. على مسافات بين الجسيمات المتصادمة أصغر بكثير من 2*10 -16 سم (الطول الموجي كومبتون للبوزونات المتوسطة)، S.v. والمجن. التفاعلات لها نفس الشدة تقريبًا.

نائب. عملية شائعة سببها القرن S. - اضمحلال بيتاالنوى الذرية المشعة. في عام 1934، بنى إي. فيرمي نظرية عن الاضمحلال تتعلق بمخلوقات معينة. شكلت التعديلات أساس النظرية اللاحقة لما يسمى ب. نظام أربعة فرميونات محلي عالمي. (تفاعلات فيرمي). وفقا لنظرية فيرمي، فإن الإلكترون والنيوترينو (بتعبير أدق) المتسرب من النواة المشعة لم يكن موجودا فيها من قبل، بل نشأ في لحظة الاضمحلال. تشبه هذه الظاهرة انبعاث الفوتونات منخفضة الطاقة ( الضوء المرئي) الذرات أو الفوتونات المثارة طاقة عالية(-الكميات) النوى المثارة. سبب هذه العمليات هو تفاعل الكهرباء. جزيئات مع المغن. المجال: ينشأ جسيم مشحون متحرك التيار الكهرومغناطيسي، مما يزعج المغناطيس الكهربائي. مجال؛ نتيجة للتفاعل، ينقل الجسيم الطاقة إلى الكميات في هذا المجال - الفوتونات. تفاعل الفوتونات مع المغن. يتم وصف التيار بالتعبير أ. هنا ه- الكهربائية الابتدائية الشحنة، وهي المغن المستمر. التفاعلات (انظر ثابت التفاعل)، أ- مشغل مجال الفوتون (أي مشغل إنشاء الفوتون وإبادته)، j em - مشغل كثافة المغن. حاضِر (في كثير من الأحيان، يتضمن التعبير عن التيار الكهرومغناطيسي أيضًا المضاعف ه.) جميع التهم تساهم في j em. جزيئات. على سبيل المثال، المصطلح المقابل للإلكترون له الصيغة:، حيث هو عامل فناء الإلكترون أو ولادة البوزيترون، وهو عامل ولادة الإلكترون أو فناء البوزيترون. [للتبسيط، لم يظهر أعلاه أن ي م، وكذلك أ، هو ناقل رباعي الأبعاد. بتعبير أدق، بدلا من ذلك يجب عليك كتابة مجموعة من أربعة تعبيرات حيث - مصفوفة ديراك,= 0، 1، 2، 3. يتم ضرب كل من هذه التعبيرات في المكون المقابل للمتجه رباعي الأبعاد.]

لا يصف التفاعل انبعاث وامتصاص الفوتونات بواسطة الإلكترونات والبوزيترونات فحسب، بل يصف أيضًا عمليات مثل إنشاء أزواج الإلكترون والبوزيترون بواسطة الفوتونات (انظر: 1). ولادة الأزواج)أو إبادةهذه الأزواج إلى فوتونات. تبادل الفوتون بين شحنتين. تؤدي الجزيئات إلى تفاعلها مع بعضها البعض. ونتيجة لذلك، على سبيل المثال، يحدث تشتت الإلكترون بواسطة بروتون، وهو ما يظهر بشكل تخطيطي مخطط فاينمان، المعروضة في الشكل. 1. عندما ينتقل بروتون في النواة من مستوى إلى آخر، يمكن أن يؤدي نفس التفاعل إلى ولادة زوج من الإلكترون والبوزيترون (الشكل 2).

نظرية اضمحلال فيرمي تشبه في الأساس النظرية المغناطيسية. العمليات. أسس فيرمي النظرية على تفاعل "تيارين ضعيفين" (انظر: 1). حاضِرفي نظرية المجال الكمي)، ولكن التفاعل مع بعضها البعض ليس على مسافة عن طريق تبادل الجسيم - مجال الكم (الفوتون في حالة التفاعل الكهرومغناطيسي)، ولكن تماسًا. هذا هو التفاعل بين أربعة حقول فرميون (أربعة فرميونات p، n، e و neutrino v) في العصر الحديث. التدوين لديه النموذج: . هنا جي إف- ثابت فيرمي، أو ثابت التفاعل الضعيف بين أربعة فرميونات، تجريبي. معنى قطع erg*cm 3 (القيمة لها بعد مربع الطول، وهي ثابتة بالوحدات ، أين م- كتلة البروتون)، - عامل ولادة البروتون (إبادة البروتون المضاد)، - عامل إبادة النيوترونات (ولادة النيوترون المضاد)، - عامل ولادة الإلكترون (إبادة البوزيترون)، ضد - عامل تدمير النيوترينو (ولادة النيوترينو المضاد). (هنا ومن الآن فصاعدا، تتم الإشارة إلى عوامل خلق وتدمير الجسيمات من خلال رموز الجسيمات المقابلة، المكتوبة بالخط العريض.) وقد سمي التيار الذي يحول النيوترون إلى بروتون فيما بعد بالنيوكليون، والتيار - الليبتون. افترض فيرمي ذلك، مثل المغن. التيارات الضعيفة هي أيضًا نواقل رباعية الأبعاد: لذلك يسمى تفاعل فيرمي. ناقلات.

على غرار ولادة زوج إلكترون-بوزيترون (الشكل 2)، يمكن وصف اضمحلال النيوترون من خلال رسم تخطيطي مماثل (الشكل 3) [يتم تمييز الجسيمات المضادة برمز "تيلدا" فوق رموز الجسيمات المقابلة ]. فتفاعل تيارات اللبتون والنوكليون يجب أن يؤدي إلى عمليات أخرى، على سبيل المثال. لرد الفعل (الشكل 4)، للتبخير (الشكل 5) و إلخ.

مخلوقات الفرق بين التيارات الضعيفة والتيارات الكهرومغناطيسية هو أن التيار الضعيف يغير شحنة الجسيمات، بينما التيار الكهربائي يغير شحنة الجسيمات. التيار لا يتغير: التيار الضعيف يحول النيوترون إلى بروتون، والإلكترون إلى نيوترينو، والتيار الكهرومغناطيسي يترك البروتون بروتونًا، والإلكترون إلكترونًا. لذلك، يتم استدعاء tokii ev الضعيف. التيارات المشحونة. وفقا لهذا المصطلح، مغناطيس كهربائي عادي. الحالي لها هو تيار محايد.

اعتمدت نظرية فيرمي على نتائج ثلاث دراسات مختلفة. المجالات: 1) التجريبية. بحث القرن S. نفسه (-الاضمحلال)، مما أدى إلى فرضية وجود النيوترينوات؛ 2) التجربة. البحث في القوة القوية ()، والذي أدى إلى اكتشاف البروتونات والنيوترونات وفهم أن النوى تتكون من هذه الجسيمات؛ 3) التجربة. والنظرية البحوث المغناطيسية التفاعلات، ونتيجة لذلك تم وضع الأساس نظرية الكمالحقول. مزيد من التطويرلقد أكدت فيزياء الجسيمات مرارًا وتكرارًا الترابط المثمر بين الأبحاث في المجالات القوية والضعيفة والمغناطيسية. التفاعلات.

نظرية أربعة فرميون عالمي SV. تختلف عن نظرية فيرمي في عدد من النواحي والنقاط. هذه الاختلافات، التي نشأت خلال السنوات اللاحقة نتيجة لدراسة الجزيئات الأولية، تتلخص في ما يلي.

الفرضية القائلة بأن S. v. لا تحافظ على التكافؤ، وقد طرحها لي تسونغ داو ويانغ تشن نينغ في عام 1956 مع نظرية أبحاث الاضمحلال الميزونات K؛قريبا الفشل ر- وتم اكتشاف تكافؤات C تجريبيًا في اضمحلال النوى [Bu Chien-Shiung وزملائه]، وفي اضمحلال الميون [R. Garwin (R. Garwin)، L. Lederman (L. Lederman)، V. Telegdi (V. Telegdi)، J. Friedman (J. Friedman)، إلخ] وفي اضمحلال الجزيئات الأخرى.

تلخيص تجربة ضخمة. المواد، M. Gell-Mann، P. Feynman، P. Marshak، و E. Sudarshan في عام 1957 اقترحوا نظرية S. v. العالمية - ما يسمى الخامس- أ-نظرية. في صياغة تعتمد على بنية الكوارك للهادرونات، تقول هذه النظرية أن إجمالي التيار المشحون الضعيف جو هو مجموع تيارات اللبتون والكوارك، حيث يحتوي كل من هذه التيارات الأولية على نفس المجموعة من مصفوفات ديراك:

كما اتضح لاحقا، الشاحن. تيار اللبتون، الممثل في نظرية فيرمي بحد واحد، هو مجموع ثلاثة حدود: وكل من التهم المعروفة. اللبتونات (الإلكترون والميون و لبتون ثقيل) متضمن في هذه الرسوم. الحالية مع الخاص بك النيوترينو.

تكلفة التيار الهادروني، الذي يمثله المصطلح في نظرية فيرمي، هو مجموع تيارات الكواركات. وبحلول عام 1992، كانت هناك خمسة أنواع من الكواركات معروفة والتي تتكون منها جميع الهادرونات المعروفة ويفترض وجود كوارك سادس ( رمع س =+ 2 / 3). عادةً ما تُكتب تيارات الكواركات المشحونة، وكذلك تيارات اللبتون، كمجموع ثلاثة مصطلحات:

ومع ذلك، هنا مجموعات خطية من العوامل د، ق، ب, لذا فإن تيار الكوارك المشحون يتكون من تسعة حدود. كل تيار هو مجموع التيارات المتجهة والمحورية بمعاملات تساوي الوحدة.

عادة ما يتم تمثيل معاملات تيارات الكواركات التسعة المشحونة على شكل مصفوفة 3x3، يتم تحديد حوافها بواسطة ثلاث زوايا وعامل طور يميز الاضطراب ثبات CPفي الاضمحلال الضعيف. تسمى هذه المصفوفة كوباياشي - مصفوفات ماسكاوا (م. كوباياشي، ت. ماسكاوا).

لاغرانجيان إس. التيارات المشحونة لها الشكل:

الآكل والمقترن وغيره). يصف هذا التفاعل بين التيارات المشحونة كميًا عددًا كبيرًا من العمليات الضعيفة: لبتونية وشبه لبتونية ( إلخ) وغير لبتونية ( ،، إلخ.). تم اكتشاف العديد من هذه العمليات بعد عام 1957. خلال هذه الفترة، تم أيضًا اكتشاف ظاهرتين جديدتين بشكل أساسي: انتهاك ثبات CP والتيارات المحايدة.

تم اكتشاف انتهاك ثبات CP في عام 1964 في تجربة أجراها ج. كريستنسن، ج. كرونين، ف. فيتش، و ر. تورلي، الذين لاحظوا اضمحلال ميزونات K° طويلة العمر إلى ميزونين. وفي وقت لاحق، لوحظ أيضًا انتهاك ثبات CP في التحلل شبه الليبتوني. لتوضيح طبيعة التفاعل CP-غير الثابت، سيكون من المهم للغاية العثور على k-l. عملية CP-غير ثابتة في الاضمحلال أو تفاعلات الجسيمات الأخرى. على وجه الخصوص، يعد البحث عن عزم ثنائي القطب للنيوترون أمرًا ذا أهمية كبيرة (والذي يعني وجوده انتهاكًا للثبات فيما يتعلق عكسات الوقت، وبالتالي وفقا للنظرية SRT، و CP-الثبات).

تم التنبؤ بوجود التيارات المحايدة من خلال النظرية الموحدة للتيارات الضعيفة والكهربائية. التفاعلات التي تم إنشاؤها في الستينيات. Sh. Glashow، S. Weinberg، A. Salam وآخرون وحصلوا على الاسم فيما بعد. النظرية القياسية للتفاعل الكهروضعيف. ووفقا لهذه النظرية، S. v. ليس تفاعل اتصال للتيارات، ولكنه يحدث من خلال تبادل البوزونات الناقلة الوسيطة ( ث +، ث -، ض 0) - جسيمات ضخمة ذات دوران 1. في هذه الحالة، تقوم البوزونات بتفاعل الشحنة. التيارات (الشكل 6)، و ض 0-البوزونات محايدة (الشكل 7). في النظرية القياسية، ثلاثة بوزونات وسيطة وفوتون هي الكمات المتجهة، ما يسمى. حقول القياس، يتصرف في عمليات نقل كبيرة مقاربة للزخم رباعي الأبعاد (، م ض، أين م ث، م ض- الجماهير دبليو- وبوزونات Z في الطاقة. الوحدات) متساوية تماما. تم اكتشاف التيارات المحايدة في عام 1973 في تفاعل النيوترينوات والنيوترينوات المضادة مع النيوكليونات. في وقت لاحق، تم اكتشاف عمليات تشتت نيوترينو الميون بواسطة الإلكترون، وكذلك آثار عدم حفظ التكافؤ في تفاعل الإلكترونات مع النيوكليونات، الناجمة عن تيار الإلكترون المحايد (لوحظت هذه التأثيرات لأول مرة في تجارب عدم حفظ التكافؤ في التحولات الذرية التي أجراها إل إم باركوف وإم إس زولوتوريف في نوفوسيبيرسك، وكذلك في تجارب تشتت الإلكترون على البروتونات والديوترونات في الولايات المتحدة الأمريكية).

يتم وصف تفاعل التيارات المحايدة بالمصطلح المقابل في S.V.

أين هي المعلمة بلا أبعاد. في النظرية القياسية (القيمة التجريبية p تتطابق مع 1 في حدود واحد بالمائة من الدقة التجريبية ودقة الحساب التصحيحات الإشعاعية). يحتوي إجمالي التيار المحايد الضعيف على مساهمات من جميع اللبتونات وجميع الكواركات:

جداً خاصية مهمةوالتيارات المحايدة هي أنها قطرية، أي أنها تنقل اللبتونات (والكواركات) إلى نفسها، وليس إلى لبتونات أخرى (الكواركات)، كما في حالة التيارات المشحونة. كل من التيارات المحايدة للكوارك والليبتون الـ 12 عبارة عن مزيج خطي من التيار المحوري مع معامل. أنا 3والتيار المتجه مع معامل. ، أين أنا 3- الإسقاط الثالث لما يسمى. ضعيف الدوران النظائري، Q- شحنة الجسيمات، و - زاوية واينبرغ.

ضرورة وجود أربعة مجالات متجهة للبوزونات الوسيطة ث +، ث -, ض 0والفوتون أيمكن شرحه بعد ذلك. طريق. كما هو معروف في المغن. التفاعل الكهربائي يلعب تهمة دور مزدوج: فهو من جهة كمية محفوظة، ومن جهة أخرى فهو مصدر المغن. المجال الذي يتفاعل بين الجسيمات المشحونة (ثابت التفاعل ه). وهذا هو دور الكهرباء. يتم توفير الشحنة بواسطة مقياس يتكون من حقيقة أن معادلات النظرية لا تتغير عندما يتم ضرب الوظائف الموجية للجسيمات المشحونة بعامل الطور التعسفي اعتمادًا على نقطة الزمكان [المحلية التماثل U(1)]، وفي نفس الوقت المغن. الحقل، وهو حقل قياس، يخضع لعملية تحول. تحويلات المجموعة المحلية ش(1) مع نوع واحد من الشحنات ومجال قياس واحد يتنقلان مع بعضهما البعض (تسمى هذه المجموعة أبيليان). الخاصية المحددة كهربائية. وكانت هذه التهمة بمثابة نقطة البداية لبناء النظريات وأنواع أخرى من التفاعلات. في هذه النظريات، الكميات المحفوظة (على سبيل المثال، الدوران النظائري) هي في الوقت نفسه مصادر لبعض مجالات القياس التي تنقل التفاعلات بين الجسيمات. في حالة عدة أنواع "الشحنات" (على سبيل المثال، إسقاطات مختلفة للدوران النظائري)، عندما تكون منفصلة. التحولات لا تنتقل مع بعضها البعض (مجموعة تحويلات غير أبيلية)، اتضح أنه من الضروري إدخال العديد منها. حقول القياس. (يتم استدعاء عدة حقول قياس تتوافق مع التماثلات المحلية غير الأبيلية حقول يونغ ميلز.) على وجه الخصوص، بحيث النظائر. تدور [التي تستجيب لها المجموعة المحلية سو(2)]بمثابة ثابت التفاعل، هناك حاجة إلى ثلاثة مجالات قياس بشحنات 1 و 0 منذ القرن العشرين. وتشارك التيارات المشحونة من أزواج الجسيمات الخ، فيعتقد أن هذه الأزواج هي أزواج من المجموعة المتساوية الدورانية الضعيفة، أي المجموعة سو(2). ثبات النظرية في ظل تحولات المجموعة المحلية S. U.(2) يتطلب، كما ذكرنا، وجود ثلاثة حقول قياس عديمة الكتلة ث+, ث - ، ث 0ومصدرها هو اللف الأيزوسبي الضعيف (تفاعل ثابت ز). قياسا على التفاعل القوي الذي فيه فرط الشحن Yالجسيمات المدرجة في النظائر. متعددة، يحددها f-loy س = أنا 3 + ص/2(أين أنا 3- الإسقاط الثالث للغزل الأيزوبيني، أ س- كهربائي الشحنة)، إلى جانب الدوران المتساوي الضعيف، يتم تقديم شحنة زائدة ضعيفة. ومن ثم توفير الكهرباء. تتوافق الشحنة والدوران الأيزو الضعيف مع حفظ الشحنة المفرطة الضعيفة [المجموعة [ ش(١)]. الشحن الزائد الضعيف هو مصدر لحقل قياس محايد ب 0(التفاعل ثابت ز"). اثنين من التراكبات الخطية المتعامدة للمجالات ب°و دبليو°وصف مجال الفوتون أومجال Z-boson:

أين . إن حجم الزاوية هو الذي يحدد بنية التيارات المحايدة. كما أنه يحدد العلاقة بين الثابت زالذي يميز تفاعل البوزونات مع التيار الضعيف والثابت ه، يميز تفاعل الفوتون مع الكهرباء. صدمة كهربائية:

من أجل S. ل كانت ذات طبيعة قصيرة المدى، ويجب أن تكون البوزونات المتوسطة ضخمة، في حين أن الكميات الخاصة بمجالات القياس الأصلية - - عديم الكتلة. وفقا للنظرية القياسية، فإن ظهور الكتلة في البوزونات المتوسطة يحدث عندما كسر التماثل التلقائي SU(2) X U(1)ل ش (1) م. وعلاوة على ذلك، واحدة من تراكبات المجالات ب 0و ث 0- فوتون ( أ) يظل بلا كتلة، ويكتسب البوزونات a وZ كتلًا:

دعونا نجرب. تم تقديم بيانات عن التيارات المحايدة . تتوافق الجماهير المتوقعة مع هذا دبليو- والبوزونات Z على التوالي، و

للكشف دبليو- وتم إنشاء بوزونات Z خصيصًا. المنشآت التي تولد فيها هذه البوزونات من خلال اصطدام حزم عالية الطاقة. بدأ تشغيل أول تركيب في عام 1981 في CERN. في عام 1983، ظهرت تقارير عن اكتشاف الحالات الأولى لإنتاج بوزونات ناقلة وسيطة في CERN. تم نشر بيانات المواليد في عام 1989 دبليو- و ز- البوزونات في مصادم البروتون المضاد للبروتون الأمريكي - تيفاترون، في مختبر فيرمي الوطني للمسرع (FNAL). ك يخدع. الثمانينيات العدد الكامل دبليو- وبوزونات Z التي تم رصدها في مصادمات البروتونات المضادة للبروتونات في CERN وFNAL وصل عددها إلى المئات.

في عام 1989، بدأ تشغيل مصادم الإلكترون-بوزيتروين LEP في CERN وSLC في مركز ستانفورد للمعجل الخطي (SLAC). كان عمل LEP ناجحا بشكل خاص، حيث تم تسجيل أكثر من نصف مليون حالة من إنشاء واضمحلال البوزونات Z بحلول بداية عام 1991. أظهرت دراسة اضمحلال البوزون Z أنه لا توجد نيوترينوات أخرى في الطبيعة، باستثناء تلك المعروفة سابقًا. مع دقة عاليةتم قياس كتلة البوزون Z: ر ض = 91.173 0.020 GeV (كتلة بوزون W معروفة بدقة أسوأ بكثير: م ث= 80.220.26 جيجا إلكترون فولت). دراسة الخصائص دبليو- وبوزونات Z أكدت صحة الفكرة (المقياسية) الأساسية للنظرية القياسية للتفاعل الكهروضعيف. ومع ذلك، لاختبار النظرية في بالكاملومن الضروري أيضًا إجراء دراسة تجريبية لآلية كسر التماثل التلقائي. ضمن النظرية القياسية، مصدر كسر التماثل التلقائي هو حقل عددي متساوي العدد خاص له نطاق محدد العمل الذاتي ، حيث هو ثابت بلا أبعاد، والثابت h له بعد الكتلة . يتم تحقيق الحد الأدنى من طاقة التفاعل عند أدنى طاقة. الحالة - الفراغ - تحتوي على قيمة حقل فراغ غير صفرية. إذا كانت آلية كسر التماثل هذه تحدث بالفعل في الطبيعة، فيجب أن يكون هناك بوزونات عددية أولية - ما يسمى. هيغز بوزون(كمات مجال هيغز). تتنبأ النظرية القياسية بوجود بوزون عددي واحد على الأقل (يجب أن يكون محايدًا). في الإصدارات الأكثر تعقيدًا من النظرية هناك العديد منها. مثل هذه الجزيئات وبعضها مشحون (وهذا ممكن). على عكس البوزونات الوسيطة، لا يمكن التنبؤ بكتل بوزونات هيغز من الناحية النظرية.

إن نظرية قياس التفاعل الكهروضعيف قابلة لإعادة التطبيع: وهذا يعني، على وجه الخصوص، اتساع التفاعلات الضعيفة والمغناطيسية. يمكن حساب العمليات باستخدام نظرية الاضطراب، وتكون التصحيحات الأعلى صغيرة، كما هو الحال في الكم العادي (انظر. إعادة التطبيع(على النقيض من ذلك، فإن نظرية الفرميونات الأربعة للسرعة المتغيرة غير قابلة لإعادة التطبيع وليست نظرية متسقة داخليًا.)

هناك النظرية نماذج التوحيد العظيم، حيث كمجموعة التفاعل الكهروضعيف، والمجموعة سو(3)التفاعل القوي عبارة عن مجموعات فرعية من مجموعة واحدة، تتميز بثابت تفاعل ذو مقياس واحد. وفي المزيد من الأموال. النماذج، يتم دمج هذه التفاعلات مع الجاذبية (ما يسمى superunion).

مضاءة.:في Ts.، Moshkovsky S. A.، اضمحلال بيتا، عبر. من الإنجليزية، م.، 1970؛ واينبرغ س.، النظريات الموحدةتفاعلات الجسيمات الأولية، العابرة. من الإنجليزية، UFN، 1976، المجلد 118، ق. 3، ص. 505؛ تايلور ج.، نظريات قياس التفاعلات الضعيفة، عبر. من الإنجليزية، م.، 1978؛ في الطريق إلى نظرية المجال الموحد. قعد. الفن، الترجمات، م، 1980؛ أوكون إل بي، اللبتونات والكواركات، الطبعة الثانية، م، 1990. إل بي أوكون.

الوقت كالنهر يحمل الأحداث العابرة، وتياره قوي؛ بمجرد ظهور شيء ما أمام عينيك، فقد تم بالفعل حمله بعيدًا، ويمكنك رؤية شيء آخر سيتم حمله بعيدًا أيضًا قريبًا.

ماركوس أوريليوس

يسعى كل واحد منا إلى خلق صورة شاملة للعالم، بما في ذلك صورة الكون، من أصغر الجسيمات دون الذرية إلى أكبر حجم. لكن قوانين الفيزياء تكون في بعض الأحيان غريبة للغاية وغير بديهية لدرجة أن هذه المهمة يمكن أن تصبح مرهقة بالنسبة لأولئك الذين لم يصبحوا فيزيائيين نظريين محترفين.

يسأل أحد القراء:

على الرغم من أن هذا ليس علم الفلك، ربما يمكنك أن تعطيني تلميحا. يتم حمل القوة القوية بواسطة الغلوونات وتربط الكواركات والغلوونات معًا. يتم حمل الفوتونات الكهرومغناطيسية وتربط الجسيمات المشحونة كهربائيًا. من المفترض أن الجاذبية تحملها الجرافيتونات وتربط جميع الجزيئات بالكتلة. الضعيف يحمله جسيمات W و Z و... يرتبط بالاضمحلال؟ لماذا تم وصف القوة الضعيفة بهذه الطريقة؟ هل القوة الضعيفة مسؤولة عن جذب و/أو تنافر أي جسيمات؟ وأي منها؟ وإذا لم يكن كذلك، فلماذا يكون من التفاعلات الأساسية إذا لم يرتبط بأي قوى؟ شكرًا لك.

دعنا نتخلص من الأساسيات. هناك أربع قوى أساسية في الكون: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوة النووية القوية، والقوة النووية الضعيفة.

وكل هذا تفاعل، قوة. بالنسبة للجسيمات التي يمكن قياس حالتها، فإن تطبيق القوة يغير عزمها - في الحياة العادية، في مثل هذه الحالات نتحدث عن التسارع. وهذا صحيح بالنسبة لثلاث من هذه القوى.

في حالة الجاذبية، فإن إجمالي كمية الطاقة (معظمها كتلة، ولكن هذا يشمل كل الطاقة) يؤدي إلى انحناء الزمكان، وتتغير حركة جميع الجسيمات الأخرى في وجود أي شيء لديه طاقة. هذه هي الطريقة التي تعمل بها نظرية الجاذبية الكلاسيكية (غير الكمومية). ربما هناك نظرية أكثر عمومية، الجاذبية الكمية، حيث يتم تبادل الجرافيتونات، مما يؤدي إلى ما نلاحظه كتفاعل الجاذبية.

قبل المتابعة، يرجى فهم:

1. تمتلك الجسيمات خاصية، أو شيئًا متأصلًا فيها، يسمح لها بالشعور (أو عدم الشعور) بنوع معين من القوة
2. تتفاعل الجسيمات الأخرى التي تحمل تفاعلات مع الجسيمات الأولى
3. نتيجة للتفاعلات، تتغير الجسيمات عزمها، أو تتسارع

في الكهرومغناطيسية، الخاصية الرئيسية هي الشحنة الكهربائية. على عكس الجاذبية، يمكن أن تكون إيجابية أو سلبية. الفوتون، وهو جسيم يحمل القوة المرتبطة بشحنة ما، يتسبب في تنافر الشحنات المتشابهة وتجاذب الشحنات المتباينة.

ومن الجدير بالذكر أن الشحنات المتحركة، أو التيارات الكهربائية، تواجه مظهرًا آخر من مظاهر الكهرومغناطيسية - المغناطيسية. ويحدث نفس الشيء مع الجاذبية، وتسمى الجاذبية الكهرومغناطيسية (أو الجاذبية الكهرومغناطيسية). لن نتعمق أكثر - النقطة المهمة هي أنه لا يوجد شحنة وحامل قوة فحسب، بل توجد أيضًا تيارات.

هناك أيضًا تفاعل نووي قوي له ثلاثة أنواع من الشحنات. على الرغم من أن جميع الجسيمات لديها طاقة وجميعها تخضع للجاذبية، وعلى الرغم من أن الكواركات، إلا أن نصف اللبتونات وزوج من البوزونات تحتوي على شحنات كهربائية - فقط الكواركات والجلونات لها شحنة ملونة ويمكنها تجربة القوة النووية الشديدة.

هناك الكثير من الكتل في كل مكان، لذلك من السهل ملاحظة الجاذبية. وبما أن القوة القوية والكهرومغناطيسية قوية جدًا، فمن السهل أيضًا ملاحظتها.

ولكن ماذا عن هذا الأخير؟ التفاعل ضعيف؟

نتحدث عادة عن ذلك في سياق الاضمحلال الإشعاعي. يضمحل الكوارك أو اللبتون الثقيل إلى كواركات أخف وأكثر استقرارًا. نعم التفاعل الضعيف له علاقة بهذا. لكن في هذا المثال تختلف إلى حد ما عن القوى الأخرى.

لقد اتضح أن التفاعل الضعيف هو أيضًا قوة، ولكن لا يتم الحديث عنها كثيرًا. إنها ضعيفة! أضعف بـ 10.000.000 مرة من الكهرومغناطيسية على مسافة قطرها البروتون.

دائمًا ما يكون للجسيم المشحون شحنة، بغض النظر عما إذا كان متحركًا أم لا. لكن التيار الكهربائي الناتج عنه يعتمد على حركته بالنسبة للجزيئات الأخرى. يحدد التيار المغناطيسية، والتي لا تقل أهمية عن الجزء الكهربائي من الكهرومغناطيسية. تمتلك الجسيمات المركبة مثل البروتون والنيوترون عزمًا مغناطيسيًا كبيرًا، تمامًا مثل الإلكترون.

الكواركات واللبتونات تأتي في ستة نكهات. الكواركات - أعلى، أسفل، غريب، مسحور، ساحر، صحيح (حسب تسميات حروفها باللاتينية u، d، s، c، t، b - up، down،غريب، سحر، أعلى، أسفل). اللبتونات - الإلكترون، إلكترون نيوترينو، ميون، ميون نيوترينو، تاو، تاو نيوترينو. كل واحد منهم لديه شحنة كهربائية، ولكن أيضا رائحة. إذا قمنا بدمج القوة الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة للحصول على القوة الكهروضعيفة، فإن كل جسيم سيكون له شحنة ضعيفة، أو تيار كهروضعيف، وثابت قوة ضعيفة. كل هذا موصوف في النموذج القياسي، ولكن كان من الصعب جدًا اختباره لأن الكهرومغناطيسية قوية جدًا.

وفي تجربة جديدة نشرت نتائجها مؤخرا، تم قياس مساهمة التفاعل الضعيف لأول مرة. مكنت التجربة من تحديد التفاعل الضعيف بين الكواركات العلوية والسفلية

والشحنات الضعيفة من البروتون والنيوترون. توقعات النموذج القياسي للشحنات الضعيفة كانت كما يلي:

س ث (ع) = 0.0710 ± 0.0007،
س ث (ن) = -0.9890 ± 0.0007.

وبناء على نتائج التشتت أنتجت التجربة القيم التالية:

س ث (ع) = 0.063 ± 0.012،
س ث (ن) = -0.975 ± 0.010.

وهو ما يتوافق جيدًا مع النظرية، مع مراعاة الخطأ. ويقول المجربون أنه من خلال معالجة المزيد من البيانات، فإنهم سيقللون من الخطأ. وإذا كانت هناك أي مفاجآت أو اختلافات عن النموذج القياسي، فسيكون ذلك رائعًا! ولكن لا شيء يدل على ذلك:

ولذلك فإن الجسيمات لها شحنة ضعيفة، لكننا لا نتحدث عنها، لأنه من الصعب قياسها بشكل غير واقعي. لكننا فعلنا ذلك على أية حال، ويبدو أننا أعدنا تأكيد النموذج القياسي.