Nguvu dhaifu katika fizikia. Nguvu dhaifu na zenye nguvu za nyuklia

Nguvu dhaifu ni mojawapo ya nguvu nne za kimsingi zinazotawala maada yote katika Ulimwengu. Nyingine tatu ni mvuto, sumaku-umeme na mwingiliano wenye nguvu. Wakati nguvu zingine zinashikilia mambo pamoja, nguvu dhaifu inacheza jukumu kubwa katika uharibifu wao.

Mwingiliano dhaifu nguvu kuliko mvuto, lakini inafaa tu kwa umbali mfupi sana. Nguvu inafanya kazi kwa kiwango cha chini na inacheza jukumu la maamuzi katika kutoa nishati kwa nyota na kuunda vipengele. Yeye pia anawajibika kwa wengi mionzi ya asili katika Ulimwengu.

Nadharia ya Fermi

Mwanafizikia wa Kiitaliano Enrico Fermi alianzisha nadharia mwaka wa 1933 ili kueleza uozo wa beta, mchakato wa nyutroni kugeuka kuwa protoni na kuondoa elektroni, ambayo mara nyingi huitwa chembe ya beta katika muktadha huu. Aliamua aina mpya nguvu, ile inayoitwa mwingiliano dhaifu, ambao uliwajibika kwa kuoza, mchakato wa kimsingi wa kugeuza neutroni kuwa protoni, neutrino na elektroni, ambayo baadaye ilifafanuliwa kama antineutrino.

Fermi awali alidhani kwamba kulikuwa na umbali sifuri na mshikamano sifuri. Chembe hizo mbili zilipaswa kugusa ili nguvu ifanye kazi. Tangu wakati huo imegunduliwa kuwa nguvu dhaifu ni nguvu inayojidhihirisha kwa umbali mfupi sana, sawa na 0.1% ya kipenyo cha protoni.

Nguvu ya umeme

Hatua ya kwanza katika muunganisho wa hidrojeni ni mgongano wa protoni mbili zenye nguvu ya kutosha ili kuondokana na msukosuko wa pande zote wanaopata kutokana na mwingiliano wao wa sumakuumeme.

Ikiwa chembe zote mbili zimewekwa karibu na kila mmoja, nguvu kali inaweza kuwaunganisha pamoja. Hii inaunda fomu isiyo imara ya heliamu (2 He), ambayo ina kiini na protoni mbili, kinyume na fomu imara (4 He), ambayo ina neutroni mbili na protoni mbili.

Washa hatua inayofuata mwingiliano dhaifu huja katika kucheza. Kwa sababu ya wingi wa protoni, moja yao huharibika kwa beta. Baada ya hayo, athari nyingine, ikiwa ni pamoja na malezi ya kati na fusion ya 3He, hatimaye kuunda 4He imara.

Marcus Aurelius

Kila mmoja wetu anajitahidi kuunda picha kamili ulimwengu, pamoja na picha ya Ulimwengu, kutoka kwa ndogo chembe ndogo ndogo kwa kiwango kikubwa zaidi. Lakini sheria za fizikia wakati mwingine ni za kushangaza na za kupingana hivi kwamba kazi hii inaweza kuwa kubwa kwa wale ambao hawajawa wataalamu wa fizikia wa kinadharia.

Msomaji anauliza:

Ingawa hii si unajimu, labda unaweza kunipa dokezo. Nguvu kali hubebwa na gluons na hufunga quarks na gluons pamoja. Usumakuumeme hubebwa na fotoni na hufunga chembe zenye chaji ya umeme. Nguvu ya uvutano inadaiwa kubebwa na gravitons na hufunga chembe zote kwa wingi. Dhaifu hubebwa na chembe za W na Z, na... inahusishwa na kuoza? Kwa nini nguvu dhaifu inaelezewa hivi? Je, nguvu dhaifu inawajibika kwa mvuto na/au kurudisha nyuma chembe zozote? Na zipi? Na kama sivyo, kwa nini basi hii ni moja ya mwingiliano wa kimsingi, ikiwa haihusiani na nguvu yoyote? Asante.

Tuondoe mambo ya msingi. Kuna nguvu nne za kimsingi katika ulimwengu - mvuto, sumaku-umeme, nguvu kali ya nyuklia na nguvu dhaifu ya nyuklia.

Na hii yote ni mwingiliano, nguvu. Kwa chembe ambazo hali inaweza kupimwa, matumizi ya nguvu hubadilisha wakati wake - katika maisha ya kawaida, katika hali kama hizi tunazungumza juu ya kuongeza kasi. Na kwa tatu ya nguvu hizi hii ni kweli.

Katika kesi ya mvuto, Jumla nishati (zaidi ya wingi, lakini hii ni pamoja na nishati yote) hupiga wakati wa nafasi, na mwendo wa chembe nyingine zote hubadilika mbele ya kitu chochote kilicho na nishati. Hivi ndivyo inavyofanya kazi katika nadharia ya asili (isiyo ya quantum) ya mvuto. Labda kuna zaidi nadharia ya jumla, mvuto wa quantum, ambapo gravitons hubadilishwa, na kusababisha kile tunachoona kama mwingiliano wa mvuto.

Kabla ya kuendelea, tafadhali elewa:

Chembe zina mali, au kitu cha asili kwao, ambacho huruhusu kuhisi (au kutohisi) aina fulani ya nguvu.
Chembe nyingine zinazobeba mwingiliano huingiliana na zile za kwanza
Kama matokeo ya mwingiliano, chembe hubadilisha wakati wao, au kuongeza kasi

Katika electromagnetism, mali kuu ni malipo ya umeme. Tofauti na mvuto, inaweza kuwa chanya au hasi. Photon, chembe inayobeba nguvu inayohusishwa na chaji, husababisha mashtaka yanayofanana kurudisha nyuma, na wale wanaotofautiana wanavutiwa.

Ni muhimu kuzingatia kwamba chaji za kusonga, au mikondo ya umeme, hupata udhihirisho mwingine wa sumaku-umeme - sumaku. Kitu kimoja kinatokea kwa mvuto, na inaitwa gravitomagnetism (au gravitoelectromagnetism). Hatutaingia zaidi - uhakika ni kwamba hakuna malipo tu na carrier wa nguvu, lakini pia mikondo.

Pia kuna mwingiliano mkali wa nyuklia, ambao una aina tatu za mashtaka. Ingawa chembechembe zote zina nishati na zote zinakabiliwa na mvuto, na ingawa quarks, nusu ya leptoni na jozi ya bosons zina chaji za umeme - quarks na gluons pekee ndizo zina chaji ya rangi na zinaweza kupata nguvu kali ya nyuklia.

Kuna wingi wa watu kila mahali, hivyo mvuto ni rahisi kuchunguza. Na kwa kuwa nguvu kali na sumaku-umeme ni nguvu kabisa, pia ni rahisi kuziona.

Lakini vipi kuhusu mwisho? Mwingiliano dhaifu?

Kawaida tunazungumza juu yake katika muktadha wa kuoza kwa mionzi. Quark nzito au lepton huharibika na kuwa nyepesi na thabiti zaidi. Ndio, mwingiliano dhaifu una uhusiano wowote na hii. Lakini katika katika mfano huu ni tofauti kwa namna fulani na nguvu nyingine.

Inabadilika kuwa mwingiliano dhaifu pia ni nguvu, sio mara nyingi huzungumzwa. Yeye ni dhaifu! Mara 10,000,000 dhaifu kuliko sumaku-umeme kwa umbali wa kipenyo cha protoni.

Chembe iliyochajiwa daima ina chaji, bila kujali ikiwa inasonga au la. Lakini umeme, iliyoundwa na hiyo, inategemea harakati yake kuhusiana na chembe nyingine. Sasa huamua sumaku, ambayo ni muhimu kama sehemu ya umeme ya sumaku-umeme. Chembe kiwanja kama protoni na neutroni zina maana nyakati za sumaku, kama elektroni.

Quark na leptoni huja katika ladha sita. Quarks - juu, chini, ajabu, haiba, haiba, kweli (kulingana na majina yao ya barua katika Kilatini u, d, s, c, t, b - juu, chini, ajabu, charm, juu, chini). Leptoni - elektroni, elektroni-neutrino, muon, muon-neutrino, tau, tau-neutrino. Kila mmoja wao ana malipo ya umeme, lakini pia harufu. Ikiwa tutachanganya sumaku-umeme na nguvu dhaifu ili kupata nguvu ya elektroni, basi kila chembe itakuwa na chaji dhaifu, au mkondo wa umeme, na nguvu dhaifu isiyobadilika. Haya yote yameelezewa katika Mfano wa Kawaida, lakini ilikuwa ngumu sana kuijaribu kwa sababu sumaku-umeme ni nguvu sana.

Katika jaribio jipya, matokeo ambayo yalichapishwa hivi karibuni, mchango wa mwingiliano dhaifu ulipimwa kwa mara ya kwanza. Jaribio liliwezesha kubainisha mwingiliano dhaifu wa quarks za juu na chini

Na mashtaka dhaifu ya protoni na neutroni. Utabiri wa Modeli ya Kawaida kwa gharama dhaifu ulikuwa:

Q W (p) = 0.0710 ± 0.0007,
Q W (n) = -0.9890 ± 0.0007.

Na kulingana na matokeo ya kutawanya, jaribio lilitoa maadili yafuatayo:

Q W (p) = 0.063 ± 0.012,
Q W (n) = -0.975 ± 0.010.

Ambayo inafanana sana na nadharia, kwa kuzingatia kosa. Wajaribio wanasema kwamba kwa kuchakata data zaidi, watapunguza zaidi makosa. Na ikiwa kuna mshangao wowote au tofauti na Mfano wa kawaida, itakuwa poa! Lakini hakuna kinachoonyesha hii:

Kwa hiyo, chembe zina malipo dhaifu, lakini hatuzungumzi juu yake, kwa kuwa ni vigumu sana kupima. Lakini tulifanya hivyo, na inaonekana kwamba tumethibitisha tena Muundo wa Kawaida.

Nguvu dhaifu, au nguvu dhaifu ya nyuklia, ni moja ya nne za msingi mwingiliano katika asili. Inawajibika, haswa, kwa kuoza kwa beta ya kiini. Mwingiliano huu unaitwa dhaifu kwa sababu mwingiliano mwingine wawili ambao ni muhimu kwa fizikia ya nyuklia(nguvu na sumakuumeme) zina sifa ya nguvu kubwa zaidi. Walakini, ina nguvu zaidi kuliko ya nne ya mwingiliano wa kimsingi, wa mvuto. Nguvu dhaifu ya mwingiliano haitoshi kuweka chembe karibu na nyingine (yaani kuunda majimbo yanayohusiana) Inaweza kujidhihirisha tu wakati wa kutengana na mabadiliko ya pamoja ya chembe.

Mwingiliano dhaifu ni wa masafa mafupi - inajidhihirisha kwa umbali mdogo sana kuliko saizi ya kiini cha atomiki (radius ya mwingiliano wa tabia ni 2 · 10? 18 m).

Wafanyabiashara wa mwingiliano dhaifu ni bosons za vector, na. Katika kesi hii, tofauti hufanywa kati ya mwingiliano wa kinachojulikana kuwa mikondo dhaifu ya kushtakiwa na mikondo dhaifu ya upande wowote. Mwingiliano wa mikondo ya kushtakiwa (pamoja na ushiriki wa bosons za kushtakiwa) husababisha mabadiliko ya malipo ya chembe na mabadiliko ya baadhi ya leptoni na quarks kwenye leptoni nyingine na quarks. Mwingiliano wa mikondo ya upande wowote (pamoja na ushiriki wa boson ya upande wowote) haibadilishi malipo ya chembe na hubadilisha leptoni na quarks kuwa chembe sawa.

Kwa mara ya kwanza, mwingiliano dhaifu ulizingatiwa wakati wa kuoza kwa β viini vya atomiki. Na, kama ilivyotokea, uozo huu unahusishwa na mabadiliko ya protoni kuwa neutroni kwenye kiini na kinyume chake:

p > n + e+ + si, n > p + e- + e,

ambapo n ni nutroni, p ni protoni, e- ni elektroni, n?e ni elektroni antineutrino.

Chembe za msingi kawaida hugawanywa katika vikundi vitatu:

1) picha; kundi hili lina chembe moja tu - photon - quantum ya mionzi ya umeme;

2) leptoni (kutoka kwa Kigiriki "leptos" - mwanga), kushiriki tu katika mwingiliano wa umeme na dhaifu. Leptoni ni pamoja na elektroni na muon neutrino, elektroni, muon na leptoni nzito iliyogunduliwa mwaka wa 1975 - leptoni, au taon, yenye wingi wa takriban 3487me, pamoja na antiparticles zinazolingana. Jina la leptoni linatokana na ukweli kwamba wingi wa leptoni za kwanza zilizojulikana zilikuwa ndogo kuliko wingi wa chembe nyingine zote. Leptoni pia ni pamoja na neutrino ya siri, ambayo uwepo wake ndani Hivi majuzi pia imewekwa;

3) hadrons (kutoka kwa Kigiriki "adros" - kubwa, yenye nguvu). Hadroni zina mwingiliano mkali pamoja na sumakuumeme na dhaifu. Kati ya chembe zilizojadiliwa hapo juu, hizi ni pamoja na protoni, neutroni, pions na kaoni.

Tabia za mwingiliano dhaifu

Mwingiliano dhaifu una sifa tofauti:

1. Fermions zote za msingi (leptons na quarks) hushiriki katika mwingiliano dhaifu. Fermions (kutoka kwa jina la mwanafizikia wa Kiitaliano E. Fermi) ni chembe za msingi, nuclei za atomiki, atomi zilizo na thamani ya nusu-jumla ya kasi yao ya angular. Mifano ya fermions: quarks (huunda protoni na neutroni, ambazo pia ni fermions), leptoni (elektroni, muons, tau leptoni, neutrinos). Huu ndio mwingiliano pekee ambao neutrinos hushiriki (bila kuhesabu mvuto, ambayo ni kidogo katika hali ya maabara), ambayo inaelezea uwezo mkubwa wa kupenya wa chembe hizi. Mwingiliano dhaifu huruhusu leptoni, quarks na antiparticles zao kubadilishana nishati, wingi, malipo ya umeme na nambari za quantum- yaani, kugeuka ndani ya kila mmoja.

2. Mwingiliano dhaifu ulipata jina lake kutokana na ukweli kwamba ukubwa wake wa tabia ni wa chini sana kuliko ule wa sumaku-umeme. Katika fizikia chembe za msingi Nguvu ya mwingiliano kawaida huonyeshwa na kasi ya michakato inayosababishwa na mwingiliano huu. Kadiri michakato inavyotokea, ndivyo ukali wa mwingiliano unavyoongezeka. Kwa nguvu za chembe zinazoingiliana za mpangilio wa 1 GeV, kiwango cha tabia ya michakato inayosababishwa na mwingiliano dhaifu ni karibu 10 × 10 s, ambayo ni takriban maagizo 11 ya ukubwa mkubwa kuliko michakato ya sumakuumeme, ambayo ni, michakato dhaifu ni michakato polepole sana. .

3. Sifa nyingine ya ukubwa wa mwingiliano ni njia huru ya chembe katika dutu. Kwa hivyo, ili kusimamisha hadron ya kuruka kwa sababu ya mwingiliano mkali, sahani ya chuma yenye unene wa sentimita kadhaa inahitajika. Wakati huo huo, neutrino, ambayo inashiriki tu katika mwingiliano dhaifu, inaweza kuruka kupitia sahani mabilioni ya kilomita nene.

4. Mwingiliano dhaifu una anuwai ndogo sana ya hatua - karibu 2 · 10-18 m (hii ni takriban mara 1000. ukubwa mdogo kokwa). Ni kwa sababu hii kwamba, licha ya ukweli kwamba mwingiliano dhaifu ni mkubwa zaidi kuliko mwingiliano wa mvuto, radius ambayo sio mdogo, ina jukumu ndogo sana. Kwa mfano, hata kwa nuclei ziko umbali wa 10-10 m, mwingiliano dhaifu ni dhaifu sio tu kuliko umeme, lakini pia ni mvuto.

5. Ukali taratibu dhaifu inategemea sana nishati ya chembe zinazoingiliana. Nishati ya juu, nguvu ya juu. Kwa mfano, kutokana na mwingiliano dhaifu, neutroni, ambayo nishati yake ya kupumzika ni takriban 1 GeV, huharibika katika karibu 103 s, na hyperon ya L, ambayo wingi wake ni mara mia zaidi, huharibika katika 10-10 s. Ndivyo ilivyo kwa neutrino zenye nguvu: sehemu ya msalaba ya kuingiliana na nucleon ya neutrino yenye nishati ya 100 GeV ni oda sita za ukubwa kuliko ile ya neutrino yenye nishati ya takriban MeV 1. Walakini, kwa nguvu za mpangilio wa mia kadhaa ya GeV (katika sura ya katikati ya wingi wa chembe zinazogongana), nguvu ya mwingiliano dhaifu hulinganishwa na nishati ya mwingiliano wa sumakuumeme, kama matokeo ambayo wanaweza kuwa. iliyofafanuliwa kwa njia ya umoja kama mwingiliano wa udhaifu wa kielektroniki. Katika fizikia ya chembe, nguvu ya umeme ni maelezo ya Jumla mbili kati ya nguvu nne za kimsingi: nguvu dhaifu na nguvu ya sumakuumeme. Ingawa mwingiliano huu wawili ni tofauti sana katika nishati ya kawaida ya chini, kwa nadharia huwakilishwa kama mbili maonyesho tofauti mwingiliano mmoja. Kwa nishati iliyo juu ya nishati ya kuunganisha (takriban 100 GeV), huchanganyika katika mwingiliano mmoja wa umeme. Mwingiliano wa Electroweak ni mwingiliano ambapo quark na leptoni hushiriki, kutoa na kunyonya fotoni au bosoni nzito za vekta za kati W+, W-, Z0. E.v. iliyofafanuliwa na nadharia ya kupima yenye ulinganifu uliovunjika papo hapo.

6. Mwingiliano dhaifu ndio mwingiliano pekee wa kimsingi ambao sheria ya uhifadhi wa usawa hairidhiki, hii inamaanisha kuwa sheria ambazo michakato dhaifu hutii hubadilika wakati mfumo unaakisiwa. Ukiukaji wa sheria ya uhifadhi wa usawa husababisha ukweli kwamba chembe za mkono wa kushoto tu (ambazo spin inaelekezwa kinyume na kasi), lakini sio za mkono wa kulia (ambazo spin iko katika mwelekeo sawa na kasi), zinakabiliwa. kwa mwingiliano dhaifu, na kinyume chake: antiparticles za mkono wa kulia huingiliana kwa udhaifu, lakini zile za kushoto ni ajizi.

Uendeshaji wa ubadilishaji wa anga P ni mabadiliko

x, y, z, -x, -y, -z, -, .

Operesheni P inabadilisha ishara ya vekta yoyote ya polar

Uendeshaji wa ubadilishaji wa anga hubadilisha mfumo kuwa ulinganifu wa kioo. Ulinganifu wa kioo kuzingatiwa katika michakato chini ya ushawishi wa nguvu na mwingiliano wa sumakuumeme. Ulinganifu wa kioo katika michakato hii inamaanisha kuwa katika hali ya ulinganifu wa kioo mabadiliko yanafanyika kwa uwezekano sawa.

1957? Yang Zhenning, Li Zongdao kupokea Tuzo la Nobel katika fizikia. Kwa masomo yake ya kina ya kinachojulikana sheria za usawa, ambayo imesababisha uvumbuzi muhimu katika uwanja wa chembe za msingi.

7. Mbali na usawa wa anga, mwingiliano dhaifu pia hauhifadhi usawa wa malipo ya nafasi, ambayo ni, mwingiliano pekee unaojulikana unakiuka kanuni ya kutofautiana kwa CP.

Ulinganifu wa malipo unamaanisha kwamba ikiwa kuna mchakato wowote unaohusisha chembe, basi wakati wao hubadilishwa na antiparticles (mchanganyiko wa malipo), mchakato pia upo na hutokea kwa uwezekano sawa. Ulinganifu wa malipo haupo katika michakato inayohusisha neutrinos na antineutrinos. Kwa asili, neutrinos za mkono wa kushoto tu na antineutrino za mkono wa kulia zipo. Ikiwa kila moja ya chembe hizi (kwa uhakika, tutazingatia elektroni neutrino n na antineutrino e) inakabiliwa na uendeshaji wa kuunganisha malipo, basi watageuka kuwa vitu visivyopo na namba za lepton na helicities.

Kwa hivyo, katika mwingiliano dhaifu, kutofautiana kwa P- na C kunakiuka wakati huo huo. Hata hivyo, vipi ikiwa operesheni mbili mfululizo zinafanywa kwenye neutrino (antiutrino)? P- na C_transformations (utaratibu wa shughuli sio muhimu), basi tunapata tena neutrinos ambazo zipo katika asili. Mlolongo wa shughuli na (au in utaratibu wa nyuma) inaitwa mabadiliko ya CP. Matokeo ya CP_transformation (inversion iliyojumuishwa) sio na e ni kama ifuatavyo:

Kwa hivyo, kwa neutrinos na antineutrinos, operesheni inayobadilisha chembe ndani ya antiparticle sio operesheni ya kuunganisha malipo, lakini mabadiliko ya CP.

MWINGILIANO DHAIFU- moja ya misingi minne inayojulikana. mwingiliano kati ya. S.v. dhaifu sana kuliko nguvu na el-magnetic. mwingiliano, lakini wenye nguvu zaidi kuliko ule wa mvuto. Katika miaka ya 80 Imethibitishwa kuwa dhaifu na el-magn. mwingiliano - tofauti. maonyesho ya moja mwingiliano wa umeme.

Nguvu ya mwingiliano inaweza kuhukumiwa na kasi ya michakato inayosababisha. Kawaida viwango vya michakato hulinganishwa na kila mmoja kwa nishati ya GeV, tabia ya fizikia ya msingi ya chembe. Kwa nguvu hizo, mchakato unaosababishwa na mwingiliano mkali hutokea kwa wakati s, el-magn. mchakato kwa muda, wakati wa tabia ya michakato inayotokea kwa sababu ya nishati ya jua. (michakato dhaifu), zaidi: c, ili katika ulimwengu wa chembe za msingi michakato dhaifu inaendelea polepole sana.

Sifa nyingine ya mwingiliano ni chembe chembe katika maada. Chembe zinazoingiliana sana (hadroni) zinaweza kuzuiwa na sahani ya chuma unene kadhaa. makumi ya sentimita, wakati neutrino, ambayo ina kasi kubwa tu, ingepita, bila kupata mgongano hata mmoja, kupitia sahani ya chuma yenye unene wa kilomita bilioni moja. Mvuto ni dhaifu zaidi. mwingiliano, nguvu ambayo kwa nishati ya ~ 1 GeV ni 10 mara 33 chini ya ile ya S. v. Hata hivyo, kwa kawaida jukumu la mvuto. mwingiliano unaonekana zaidi kuliko jukumu la karne ya S. Hii ni kutokana na ukweli kwamba mvuto mwingiliano, kama mwingiliano wa sumakuumeme, una anuwai kubwa ya vitendo; kwa hivyo, kwa mfano, nguvu za mvuto hufanya kazi kwenye miili iliyo kwenye uso wa Dunia. mvuto wa atomi zote zinazounda Dunia. Mwingiliano dhaifu una safu fupi sana ya vitendo: takriban. 2 * 10 -16 cm (ambayo ni amri tatu za ukubwa chini ya radius ya mwingiliano mkali). Kama matokeo ya hii, kwa mfano, S. v. kati ya viini vya atomi mbili jirani ziko katika umbali wa 10 -8 cm ni kidogo kidogo, incomparably dhaifu si tu kuliko sumakuumeme, lakini pia mvuto. mwingiliano kati yao.

Hata hivyo, licha ya ukubwa mdogo na hatua fupi, karne ya S.. ina jukumu muhimu sana katika asili. Kwa hivyo, ikiwa ingewezekana "kuzima" nishati ya jua, basi Jua lingetoka, kwani mchakato wa kubadilisha protoni kuwa neutroni, positron na neutrino haungewezekana, kama matokeo ambayo protoni nne hubadilika kuwa 4. Yeye, positroni mbili na neutrino mbili. Utaratibu huu hutumika kama kuu chanzo cha nishati kutoka kwa Jua na nyota nyingi (ona Mzunguko wa hidrojeni) Taratibu za karne ya S. na utoaji wa neutrinos kwa ujumla ni muhimu sana katika mageuzi ya nyota, kwa sababu husababisha upotevu wa nishati na nyota za moto sana katika milipuko supernova pamoja na uundaji wa pulsars, nk. Ikiwa hakuna nishati ya jua, muons, mesons, na chembe za ajabu na za kupendeza, ambazo huharibika kutokana na nishati ya jua, zingekuwa imara na zimeenea katika suala la kawaida. Jukumu kubwa kama hilo la SE ni kutokana na ukweli kwamba sio chini ya idadi ya marufuku tabia ya nguvu kali na el-magnetic. mwingiliano. Hasa, S. v. hubadilisha leptoni zilizochajiwa kuwa neutrino, na aina moja (ladha) kuwa quark za aina zingine.

Nguvu ya michakato dhaifu huongezeka kwa kasi na nishati inayoongezeka. Kwa hiyo, kuoza kwa beta ya neutron,toleo la nishati katika Krom ni ndogo (~1 MeV), hudumu takriban. 10 3 s, ambayo ni mara 10 13 zaidi ya maisha ya hyperon, kutolewa kwa nishati wakati wa kuoza kwake ni ~ 100 MeV. Sehemu ya mwingiliano yenye viini vya neutrino yenye nishati ya ~100 GeV ni takriban. mara milioni zaidi ya neutrino zenye nishati ~1 MeV. Kulingana na nadharia Kwa mujibu wa mawazo, ukuaji wa sehemu ya msalaba utaendelea hadi nguvu za utaratibu wa kadhaa. mamia ya GeV (katika mfumo wa kituo cha inertia ya chembe zinazogongana). Kwa nguvu hizi na kwa kasi kubwa uhamisho, madhara yanayohusiana na kuwepo kwa vifungo vya vector vya kati. Katika umbali kati ya chembe zinazogongana ndogo zaidi kuliko 2*10 -16 cm (urefu wa urefu wa mawimbi ya Compton ya mifupa ya kati), S.v. na el-magn. mwingiliano una karibu nguvu sawa.

Naib. mchakato wa kawaida unaosababishwa na karne ya S. - kuoza kwa beta viini vya atomiki vya mionzi. Mnamo 1934, E. Fermi alijenga nadharia ya kuoza iliyohusisha viumbe fulani. marekebisho yaliunda msingi wa nadharia iliyofuata ya kinachojulikana. mfumo wa ulimwengu wa fermion nne. (Maingiliano ya Fermi). Kulingana na nadharia ya Fermi, elektroni na neutrino (kwa usahihi zaidi,) zinazotoroka kutoka kwa kiini cha mionzi hazikuwa ndani yake hapo awali, lakini ziliibuka wakati wa kuoza. Jambo hili ni sawa na utoaji wa fotoni za nishati ya chini ( mwanga unaoonekana) chembe za msisimko au fotoni nishati ya juu(-quanta) viini vilivyosisimka. Sababu ya taratibu hizo ni mwingiliano wa umeme. chembe zenye el-magn. uga: chembe inayosonga ya chaji huunda umeme wa sasa, ambayo inasumbua sumaku ya umeme. shamba; Kama matokeo ya mwingiliano, chembe huhamisha nishati kwa quanta ya uwanja huu - fotoni. Mwingiliano wa fotoni na el-magn. sasa inaelezewa na usemi A. Hapa e- msingi wa umeme malipo, ambayo ni mara kwa mara el-magn. mwingiliano (tazama Mwingiliano wa mara kwa mara), A- operator wa uwanja wa photon (yaani, uundaji wa photon na operator wa kuangamiza), j em - el-magn density operator. sasa (Mara nyingi, usemi wa sasa wa sumakuumeme pia hujumuisha kizidishi e.) Malipo yote yanachangia j em. chembe chembe. Kwa mfano, neno linalolingana na elektroni lina umbo: yuko wapi mwendeshaji wa maangamizi ya elektroni au kuzaliwa kwa positron, na ni mwendeshaji wa kuzaliwa kwa elektroni au maangamizi ya positron. [Kwa urahisi, haijaonyeshwa hapo juu kwamba j um, na vile vile A, ni vekta ya pande nne. Kwa usahihi zaidi, badala yake unapaswa kuandika seti ya misemo nne ambapo - Matrix ya Dirac,= 0, 1, 2, 3. Kila moja ya misemo hii inazidishwa na sehemu inayolingana ya vekta ya pande nne.]

Mwingiliano hauelezei tu utoaji na ufyonzwaji wa fotoni kwa elektroni na positroni, lakini pia michakato kama vile uundaji wa jozi za elektroni-positroni kwa fotoni (ona. Kuzaliwa kwa wanandoa) au maangamizi jozi hizi kuwa fotoni. Kubadilishana kwa fotoni kati ya gharama mbili. chembe husababisha mwingiliano wao na kila mmoja. Kama matokeo, kwa mfano, kutawanyika kwa elektroni na protoni hufanyika, ambayo inaonyeshwa kwa mpangilio. Mchoro wa Feynman, iliyotolewa katika Mtini. 1. Wakati protoni katika kiini hupita kutoka ngazi moja hadi nyingine, mwingiliano huo unaweza kusababisha kuzaliwa kwa jozi ya elektroni-positron (Mchoro 2).

Nadharia ya uozo ya Fermi kimsingi inafanana na nadharia ya el-magnetic. taratibu. Fermi alitegemea nadharia juu ya mwingiliano wa "mikondo dhaifu" miwili (ona. Sasa katika nadharia ya uwanja wa quantum), lakini kuingiliana na kila mmoja sio kwa umbali kwa kubadilishana chembe - quantum ya shamba (photon katika kesi ya mwingiliano wa sumakuumeme), lakini kwa mawasiliano. Huu ni mwingiliano kati ya nyanja nne za fermion (fermions nne p, n, e na neutrino v) katika nyakati za kisasa. nukuu ina fomu: . Hapa G F- Fermi mara kwa mara, au mara kwa mara ya mwingiliano dhaifu wa nne-fermion, majaribio. maana ya kukata erg*cm 3 (thamani ina ukubwa wa mraba wa urefu, na katika vitengo ni ya kudumu. , Wapi M- molekuli ya protoni), - mwendeshaji wa kuzaliwa kwa protoni (maangamizi ya antiprotoni), - mwendeshaji wa maangamizi ya neutroni (kuzaliwa kwa antineutron), - mwendeshaji wa kuzaliwa kwa elektroni (maangamizi ya positroni), v - mwendeshaji wa uharibifu wa neutrino (kuzaliwa kwa antineutrino). (Hapa na sasa, waendeshaji wa uumbaji na uharibifu wa chembe huonyeshwa na alama za chembe zinazofanana, zilizopigwa kwa ujasiri.) Sasa ambayo hubadilisha neutroni kuwa protoni iliitwa baadaye nucleon, na ya sasa - leptoni. Fermi alisisitiza kwamba, kama el-magn. sasa, mikondo dhaifu pia ni vekta nne-dimensional: Kwa hiyo, mwingiliano wa Fermi unaitwa. vekta.

Sawa na kuzaliwa kwa jozi ya elektroni-positron (Mchoro 2), kuoza kwa neutroni kunaweza kuelezewa na mchoro sawa (Mchoro 3) [antiparticles ni alama ya "tilde" juu ya alama za chembe zinazofanana] . Uingiliano wa mikondo ya lepton na nucleon inapaswa kusababisha michakato mingine, kwa mfano. kwa majibu (Mchoro 4), kwa mvuke (Mchoro 5) na na kadhalika.

Viumbe Tofauti kati ya mikondo dhaifu na ile ya sumakuumeme ni kwamba mkondo dhaifu hubadilisha malipo ya chembe, wakati mkondo wa umeme hubadilisha malipo ya chembe. sasa haibadiliki: mkondo dhaifu hugeuza neutroni kuwa protoni, elektroni kuwa neutrino, na sumakuumeme huacha protoni kama protoni, na elektroni kama elektroni. Kwa hiyo, tokii ev dhaifu huitwa. mikondo ya kushtakiwa. Kulingana na istilahi hii, sumaku ya kawaida ya umeme. yake ya sasa upande wowote wa sasa.

Nadharia ya Fermi ilitokana na matokeo ya tafiti tatu tofauti. maeneo: 1) majaribio. utafiti wa karne ya S. yenyewe (-kuoza), ambayo ilisababisha hypothesis ya kuwepo kwa neutrinos; 2) majaribio. utafiti juu ya nguvu kali (), ambayo ilisababisha ugunduzi wa protoni na neutroni na kuelewa kwamba nuclei hutengenezwa na chembe hizi; 3) majaribio. na kinadharia utafiti wa sumaku mwingiliano, kama matokeo ambayo msingi uliwekwa nadharia ya quantum mashamba. Maendeleo zaidi fizikia ya chembe imethibitisha mara kwa mara mwingiliano wenye matunda wa utafiti katika nyanja zenye nguvu, dhaifu na za sumaku. mwingiliano.

Nadharia ya Universal four-fermion sv. hutofautiana na nadharia ya Fermi kwa njia na nukta kadhaa. Tofauti hizi, zilizoanzishwa kwa miaka iliyofuata kama matokeo ya utafiti wa chembe za msingi, ziliongezeka hadi zifuatazo.

Nadharia kwamba S. v. haihifadhi usawa, iliwekwa mbele na Lee Tsung-Dao na Yang Chen Ning mnamo 1956 kwa kinadharia. utafiti wa kuoza K-mesoni; hivi karibuni kushindwa R- na sehemu za C ziligunduliwa kwa majaribio katika kuoza kwa viini [Bu Chien-Shiung na wafanyakazi wenza], katika kuoza kwa muon [R. Garwin (R. Garwin), L. Lederman (L. Lederman), V. Telegdi (V. Telegdi), J. Friedman (J. Friedman), nk] na katika kuharibika kwa chembe nyingine.

Kwa muhtasari wa jaribio kubwa. nyenzo, M. Gell-Mann, P. Feynman, P. Marshak, na E. Sudarshan mwaka wa 1957 walipendekeza nadharia ya Universal S. v. - inayoitwa V- A-nadharia. Katika uundaji unaozingatia muundo wa quark wa hadrons, nadharia hii ni kwamba jumla dhaifu ya sasa ya chaji j u ni jumla ya mikondo ya leptoni na quark, na kila moja ya mikondo hii ya msingi ina mchanganyiko sawa wa matrices ya Dirac:

Kama ilivyotokea baadaye, chaja. Mkondo wa lepton, unaowakilishwa katika nadharia ya Fermi kwa neno moja, ni jumla ya maneno matatu: na kila moja ya mashtaka yanayojulikana. leptoni (elektroni, muon na lepton nzito) imejumuishwa katika malipo. sasa na yako neutrino.

Malipo mkondo wa hadroniki, unaowakilishwa na neno katika nadharia ya Fermi, ni jumla ya mikondo ya quark. Kufikia 1992, aina tano za quarks zilijulikana , ambayo hadrons zote zinazojulikana zinajengwa, na kuwepo kwa quark ya sita kunadhaniwa ( t Na Q =+ 2/3). Mikondo ya quark iliyochajiwa, pamoja na mikondo ya lepton, kawaida huandikwa kama jumla ya maneno matatu:

Walakini, hapa kuna mchanganyiko wa mstari wa waendeshaji d, s, b, kwa hivyo mkondo wa kushtakiwa kwa quark una masharti tisa. Kila moja ya mikondo ni jumla ya mikondo ya vekta na axial yenye coefficients sawa na umoja.

Vigawo vya mikondo tisa ya quark iliyochajiwa kawaida huwakilishwa kama matriki ya 3x3, kingo zake ambazo hupimwa kwa pembe tatu na kipengele cha awamu kinachoashiria usumbufu. CP-invariance katika kuoza dhaifu. Matrix hii inaitwa Kobayashi - Maskawa matrices (M. Kobayashi, T. Maskawa).

Lagrangian S. v. mikondo ya chaji ina fomu:

Mlaji, aliyeunganishwa, nk). Mwingiliano huu wa mikondo ya kushtakiwa kwa kiasi inaelezea idadi kubwa ya michakato dhaifu: leptonic, semi-leptonic. nk) na zisizo za leptonic ( ,, na kadhalika.). Mengi ya taratibu hizi ziligunduliwa baada ya 1957. Katika kipindi hiki, matukio mawili mapya yaligunduliwa pia: ukiukwaji wa kutofautiana kwa CP na mikondo ya neutral.

Ukiukaji wa kutofautiana kwa CP uligunduliwa mwaka wa 1964 katika jaribio la J. Christenson, J. Cronin, V. Fitch na R. Turley, ambao waliona kuoza kwa mesoni ya K ° ya muda mrefu katika mesoni mbili. Baadaye, ukiukwaji wa kutofautiana kwa CP pia ulizingatiwa katika uharibifu wa semileptonic. Ili kufafanua asili ya mwingiliano wa CP-isiyobadilika, itakuwa muhimu sana kupata k-l. Mchakato wa CP-usiobadilika katika kuoza au mwingiliano wa chembe zingine. Hasa, utaftaji wa wakati wa dipole wa neutron ni wa kupendeza sana (uwepo wake unaweza kumaanisha ukiukaji wa kutofautiana kwa heshima na mabadiliko ya wakati, na kwa hiyo, kulingana na theorem SRT, na CP-invariance).

Uwepo wa mikondo ya neutral ulitabiriwa na nadharia ya umoja ya mikondo dhaifu na ya umeme. mwingiliano ulioundwa katika miaka ya 60. Sh. Glashow, S. Weinberg, A. Salam na wengine na baadaye kupokea jina hilo. nadharia ya kawaida ya mwingiliano wa umeme. Kulingana na nadharia hii, S. v. sio mwingiliano wa mawasiliano wa mikondo, lakini hutokea kwa kubadilishana kwa bosons za vector za kati ( W + , W - , Z 0) - chembe kubwa na spin 1. Katika kesi hii, bosons hufanya mwingiliano wa malipo. mikondo (Mchoro 6), na Z0-bosons ni neutral (Mchoro 7). Katika nadharia ya kawaida, bosons tatu za kati na photon ni vector quanta, kinachojulikana. viwanja vya kupima, kutenda kwa uhamishaji mkubwa usio na dalili wa kasi ya pande nne ( , m z, Wapi m w , m z- raia W- na Z-bosons katika nishati. vitengo) ni sawa kabisa. Mikondo ya neutral iligunduliwa mwaka wa 1973 katika mwingiliano wa neutrinos na antineutrinos na nucleons. Baadaye, michakato ya kutawanyika kwa neutrino ya muon na elektroni iligunduliwa, na pia athari za kutokuwepo kwa usawa katika mwingiliano wa elektroni na viini, unaosababishwa na mkondo wa elektroni wa upande wowote (athari hizi zilizingatiwa kwa mara ya kwanza katika majaribio juu ya uhifadhi wa usawa. mabadiliko ya atomiki yaliyofanywa huko Novosibirsk na L. M. Barkov na M. S. Zolotorev, na pia katika majaribio ya kutawanyika kwa elektroni kwenye protoni na deuteroni huko USA).

Mwingiliano wa mikondo ya upande wowote unaelezewa na neno linalolingana katika S.V. Lagrangian:

iko wapi kigezo kisicho na kipimo. Katika nadharia ya kawaida (thamani ya majaribio p inalingana na 1 ndani ya asilimia moja ya usahihi wa majaribio na usahihi wa hesabu. marekebisho ya mionzi). Jumla ya mkondo dhaifu wa upande wowote una michango kutoka kwa leptoni zote na quark zote:

Sana mali muhimu mikondo ya upande wowote ni kwamba ni ya mshazari, i.e. huhamisha leptoni (na quarks) ndani yao wenyewe, na sio kwenye leptoni zingine (quarks), kama ilivyo kwa mikondo ya chaji. Kila moja ya mikondo 12 ya quark na lepton ni mchanganyiko wa mstari wa mkondo wa axial na mgawo. mimi 3 na vekta ya sasa yenye mgawo. , Wapi mimi 3- makadirio ya tatu ya kinachojulikana. dhaifu isotopiki spin, Q- malipo ya chembe, na - Pembe ya Weinberg.

Umuhimu wa kuwepo kwa nyanja nne za vector za bosons za kati W + , W -, Z0 na photon A inaweza kuelezwa ijayo. njia. Kama inavyojulikana, katika el-magn. mwingiliano wa umeme malipo hucheza jukumu mbili: kwa upande mmoja, ni kiasi kilichohifadhiwa, na kwa upande mwingine, ni chanzo cha el-magn. sehemu inayoingiliana kati ya chembe zilizochajiwa (mwingiliano wa mara kwa mara e). Hili ndilo jukumu la umeme. chaji hutolewa na kipimo, ambacho ni pamoja na ukweli kwamba milinganyo ya nadharia haibadiliki wakati utendaji wa mawimbi ya chembe zinazochajiwa unazidishwa na kipengele cha awamu ya kiholela kulingana na sehemu ya muda wa nafasi [ya ndani. ulinganifu U(1)], na wakati huo huo el-magn. shamba, ambalo ni uwanja wa kupima, hupitia mabadiliko. Mabadiliko ya Kikundi cha Mitaa U(1) na aina moja ya malipo na sehemu moja ya geji ya kusafiri na nyingine (kundi kama hilo linaitwa Abelian). Mali maalum ni ya umeme. malipo yalitumika kama kianzio cha kuunda nadharia na aina zingine za mwingiliano. Katika nadharia hizi, kiasi kilichohifadhiwa (kwa mfano, isotopiki spin) ni wakati huo huo vyanzo vya sehemu fulani za kupima ambazo huhamisha mwingiliano kati ya chembe. Katika kesi ya kadhaa aina za "malipo" (kwa mfano, makadirio tofauti ya spin ya isotopiki), wakati tofauti. mabadiliko hayasafiri na kila mmoja (kikundi kisicho cha Abelian cha mabadiliko), inageuka kuwa ni muhimu kuanzisha kadhaa. viwanja vya kupima. (Sehemu nyingi za sehemu za kupima zinazolingana na ulinganifu wa ndani usio wa Abelian huitwa Viwanja vya Young-Mills.) Hasa, ili isotopiki. spin [ambayo kikundi cha ndani hujibu SU(2)] ilifanya kazi ya kuingiliana mara kwa mara, sehemu tatu za kupima na malipo 1 na 0 zinahitajika. Tangu katika karne ya S.. mikondo ya kushtakiwa ya jozi za chembe inahusika nk, basi inaaminika kuwa jozi hizi ni mbili za kikundi dhaifu cha isospin, i.e. kikundi. SU(2). Kubadilika kwa nadharia chini ya mabadiliko ya vikundi vya ndani S.U.(2) inahitaji, kama ilivyobainishwa, kuwepo kwa sehemu tatu za sehemu zisizo na wingi za kupima W+, W - , W 0, chanzo chake ni isospin dhaifu (mwingiliano wa mara kwa mara g). Kwa mlinganisho na mwingiliano mkali, ambao malipo ya ziada Y chembe zilizojumuishwa katika isotopiki. multiplet, imedhamiriwa na f-loy Q = mimi 3 + Y/2(wapi mimi 3- makadirio ya isospin ya tatu, a Q- umeme malipo), pamoja na isospin dhaifu, hypercharge dhaifu huletwa. Kisha kuokoa umeme. chaji na isospin dhaifu inalingana na uhifadhi wa chaji dhaifu [kikundi] U(1)]. Chaji dhaifu ni chanzo cha uga wa kupima upande wowote B 0(maingiliano ya mara kwa mara g"). Misimamo miwili ya uga yenye usawa wa orthogonal B° Na W° kuelezea uwanja wa photon A na uwanja wa Z-boson:

Wapi . Ni ukubwa wa pembe ambayo huamua muundo wa mikondo ya neutral. Pia inafafanua uhusiano kati ya mara kwa mara g, ambayo ina sifa ya mwingiliano wa bosons na sasa dhaifu, na mara kwa mara e, inayoonyesha mwingiliano wa photon na umeme. mshtuko wa umeme:

Ili S ilikuwa ya asili fupi, vifua vya kati vinapaswa kuwa kubwa, wakati quanta ya uwanja wa geji asili - - bila wingi. Kwa mujibu wa nadharia ya kawaida, kuonekana kwa wingi katika kifua cha kati hutokea wakati ulinganifu wa moja kwa moja unaovunja SU(2) X U(1) kabla U(1) em. Aidha, moja ya superpositions ya mashamba B 0 Na W 0- photon ( A) inabaki bila wingi, a- na Z-bosons hupata wingi:

Hebu tufanye majaribio. data juu ya mikondo ya upande wowote ilitolewa . Misa inayotarajiwa ililingana na hii W- na Z-bosons, kwa mtiririko huo, na

Kwa utambuzi W- na Z-bosons ziliundwa maalum. mitambo ambayo vifuko hivi huzaliwa katika migongano ya mihimili yenye nguvu nyingi inayogongana. Ufungaji wa kwanza ulianza kufanya kazi mnamo 1981 huko CERN. Mnamo 1983, ripoti zilionekana kuhusu kugunduliwa kwa kesi za kwanza za utengenezaji wa bosoni za vekta za kati huko CERN. Takwimu za kuzaliwa zilichapishwa mnamo 1989 W- Na Z-bosons katika mgongano wa protoni-antiprotoni ya Amerika - Tevatron, katika Maabara ya Kitaifa ya Kuongeza kasi ya Fermi (FNAL). K pamoja. Miaka ya 1980 nambari kamili W- na Z-bosons zilizozingatiwa kwenye migongano ya protoni-antiprotoni huko CERN na FNAL zilizohesabiwa kwa mamia.

Mnamo 1989, elektroni-positroini ziligongana LEP huko CERN na SLC katika Kituo cha Kuongeza kasi cha Linear cha Stanford (SLAC) kilianza kufanya kazi. Kazi ya LEP ilifanikiwa sana, ambapo mwanzoni mwa 1991 zaidi ya nusu milioni ya kesi za uumbaji na kuoza kwa Z bosons zilirekodiwa. Utafiti wa kuoza kwa Z-boson umeonyesha kuwa hakuna neutrinos nyingine, isipokuwa zile zilizojulikana hapo awali, zipo katika asili. NA usahihi wa juu Uzito wa Z-boson ulipimwa: t z = 91.173 0.020 GeV (wingi wa W boson unajulikana kwa usahihi mbaya zaidi: m w= 80.220.26 GeV). Kusoma mali W- na Z-bosons ilithibitisha usahihi wa wazo la msingi (kipimo) la nadharia ya kawaida ya mwingiliano wa umeme. Walakini, kujaribu nadharia katika kwa ukamilifu Inahitajika pia kusoma kwa majaribio utaratibu wa uvunjaji wa ulinganifu wa hiari. Ndani ya nadharia ya kawaida, chanzo cha ulinganifu kukatika kwa hiari ni maalum isodoublet scalar shamba ambayo ina maalum hatua binafsi , ambapo ni mara kwa mara isiyo na kipimo, na h ya mara kwa mara ina mwelekeo wa wingi . Nishati ya chini ya mwingiliano hupatikana, na, kwa hivyo, nishati ya chini kabisa. state - vacuum - ina thamani ya uga isiyo na sufuri ya utupu. Ikiwa utaratibu huu wa kuvunja ulinganifu hutokea kwa asili, basi kunapaswa kuwa na vifungo vya msingi vya scalar - kinachojulikana. Higgs boson(Higgs field quanta). Nadharia ya kawaida inatabiri kuwepo kwa angalau boson moja ya scalar (lazima iwe neutral). Katika matoleo magumu zaidi ya nadharia kuna kadhaa. chembe hizo, na baadhi yao hushtakiwa (hii inawezekana). Tofauti na bosons kati, wingi wa Higgs bosons si alitabiri kwa nadharia.

Nadharia ya kupima ya mwingiliano wa electroweak ni renormalizable: hii ina maana, hasa, kwamba amplitudes ya mwingiliano dhaifu na el-magnetic. michakato inaweza kuhesabiwa kwa kutumia nadharia ya upotoshaji, na masahihisho ya juu ni madogo, kama ilivyo kwa quantum ya kawaida (ona. Urekebishaji upya(Kinyume chake, nadharia ya fermion nne ya kasi ya kubadilika haiwezi kurekebishwa na si nadharia thabiti ya ndani.)

Kuna kinadharia mifano Umoja Kubwa, ambayo kama kikundi mwingiliano wa umeme, na kikundi SU(3) mwingiliano mkali ni vikundi vidogo vya kikundi kimoja, vinavyojulikana na mwingiliano wa mara kwa mara wa geji moja. Katika fedha hata zaidi. mifano, mwingiliano huu umejumuishwa na ule wa mvuto (kinachojulikana muungano mkuu).

Lit.: Katika Ts. S., Moshkovsky S. A., uozo wa Beta, trans. kutoka kwa Kiingereza, M., 1970; Weinberg S., Nadharia zilizounganishwa mwingiliano wa chembe za msingi, trans. kutoka kwa Kiingereza, UFN, 1976, gombo la 118, v. 3, uk. 505; Taylor J., Nadharia za Kipimo cha Mwingiliano dhaifu, trans. kutoka kwa Kiingereza, M., 1978; Juu ya njia ya nadharia ya umoja ya shamba. Sat. sanaa., tafsiri, M., 1980; Okun L. B., Leptons na quarks, toleo la 2, M., 1990. L. B. Okun.

Wakati ni kama mto unaopitisha matukio, na mkondo wake una nguvu; Mara tu kitu kinapoonekana mbele ya macho yako, tayari kimechukuliwa, na unaweza kuona kitu kingine ambacho pia kitachukuliwa hivi karibuni.
Marcus Aurelius
Kila mmoja wetu anajitahidi kuunda picha kamili ya ulimwengu, ikiwa ni pamoja na picha ya Ulimwengu, kutoka kwa chembe ndogo zaidi za atomiki hadi kiwango kikubwa zaidi. Lakini sheria za fizikia wakati mwingine ni za kushangaza na za kupingana hivi kwamba kazi hii inaweza kuwa kubwa kwa wale ambao hawajawa wataalamu wa fizikia wa kinadharia.
Msomaji anauliza:
Ingawa hii si unajimu, labda unaweza kunipa dokezo. Nguvu kali hubebwa na gluons na hufunga quarks na gluons pamoja. Usumakuumeme hubebwa na fotoni na hufunga chembe zenye chaji ya umeme. Nguvu ya uvutano inadaiwa kubebwa na gravitons na hufunga chembe zote kwa wingi. Dhaifu hubebwa na chembe za W na Z, na... inahusishwa na kuoza? Kwa nini nguvu dhaifu inaelezewa hivi? Je, nguvu dhaifu inawajibika kwa mvuto na/au kurudisha nyuma chembe zozote? Na zipi? Na ikiwa sivyo, kwa nini basi ni moja ya mwingiliano wa kimsingi ikiwa hauhusiani na nguvu zozote? Asante.

Tuondoe mambo ya msingi. Kuna nguvu nne za kimsingi katika ulimwengu - mvuto, sumaku-umeme, nguvu kali ya nyuklia na nguvu dhaifu ya nyuklia.

Na hii yote ni mwingiliano, nguvu. Kwa chembe ambazo hali inaweza kupimwa, matumizi ya nguvu hubadilisha wakati wake - katika maisha ya kawaida, katika hali kama hizi tunazungumza juu ya kuongeza kasi. Na kwa tatu ya nguvu hizi hii ni kweli.
Katika kesi ya mvuto, jumla ya kiasi cha nishati (hasa wingi, lakini nishati yote imejumuishwa) hupiga nafasi, na mwendo wa chembe nyingine zote hubadilika mbele ya kila kitu kilicho na nishati. Hivi ndivyo inavyofanya kazi katika nadharia ya asili (isiyo ya quantum) ya mvuto. Labda kuna nadharia ya jumla zaidi, mvuto wa quantum, ambapo mvuto hubadilishwa, na kusababisha kile tunachoona kama mwingiliano wa mvuto.
Kabla ya kuendelea, tafadhali elewa:
Chembe zina mali, au kitu cha asili kwao, ambacho huruhusu kuhisi (au kutohisi) aina fulani ya nguvu.

Chembe nyingine zinazobeba mwingiliano huingiliana na zile za kwanza

Kama matokeo ya mwingiliano, chembe hubadilisha wakati wao, au kuongeza kasi

Katika electromagnetism, mali kuu ni malipo ya umeme. Tofauti na mvuto, inaweza kuwa chanya au hasi. Fotoni, chembe inayobeba nguvu inayohusishwa na chaji, husababisha kama vile chaji kughairi na kutoza gharama zinazofanana ili kuvutia.
Ni muhimu kuzingatia kwamba chaji za kusonga, au mikondo ya umeme, hupata udhihirisho mwingine wa sumaku-umeme - sumaku. Kitu kimoja kinatokea kwa mvuto, na inaitwa gravitomagnetism (au gravitoelectromagnetism). Hatutaingia zaidi - uhakika ni kwamba hakuna malipo tu na carrier wa nguvu, lakini pia mikondo.
Pia kuna mwingiliano mkali wa nyuklia, ambao una aina tatu za mashtaka. Ingawa chembechembe zote zina nishati na zote zinakabiliwa na mvuto, na ingawa quarks, nusu ya leptoni na jozi ya bosons zina chaji za umeme - quarks na gluons pekee ndizo zina chaji ya rangi na zinaweza kupata nguvu kali ya nyuklia.
Kuna wingi wa watu kila mahali, hivyo mvuto ni rahisi kuchunguza. Na kwa kuwa nguvu kali na sumaku-umeme ni nguvu kabisa, pia ni rahisi kuziona.
Lakini vipi kuhusu mwisho? Mwingiliano dhaifu?
Kawaida tunazungumza juu yake katika muktadha wa kuoza kwa mionzi. Quark nzito au lepton huharibika na kuwa nyepesi na thabiti zaidi. Ndio, mwingiliano dhaifu una uhusiano wowote na hii. Lakini katika mfano huu ni tofauti kwa namna fulani na nguvu nyingine.
Inabadilika kuwa mwingiliano dhaifu pia ni nguvu, sio mara nyingi huzungumzwa. Yeye ni dhaifu! Mara 10,000,000 dhaifu kuliko sumaku-umeme kwa umbali wa kipenyo cha protoni.
Chembe iliyochajiwa daima ina chaji, bila kujali ikiwa inasonga au la. Lakini sasa umeme unaoundwa nayo unategemea harakati zake kuhusiana na chembe nyingine. Sasa huamua sumaku, ambayo ni muhimu kama sehemu ya umeme ya sumaku-umeme. Chembe kiwanja kama vile protoni na neutroni zina nyakati muhimu za sumaku, kama vile elektroni.
Quark na leptoni huja katika ladha sita. Quarks - juu, chini, ajabu, haiba, haiba, kweli (kulingana na majina yao ya barua katika Kilatini u, d, s, c, t, b - juu, chini, ajabu, charm, juu, chini). Leptoni - elektroni, elektroni-neutrino, muon, muon-neutrino, tau, tau-neutrino. Kila mmoja wao ana malipo ya umeme, lakini pia harufu. Ikiwa tutachanganya sumaku-umeme na nguvu dhaifu ili kupata nguvu ya elektroni, basi kila chembe itakuwa na chaji dhaifu, au mkondo wa umeme, na nguvu dhaifu isiyobadilika. Haya yote yameelezewa katika Mfano wa Kawaida, lakini ilikuwa ngumu sana kuijaribu kwa sababu sumaku-umeme ni nguvu sana.
Katika jaribio jipya, matokeo ambayo yalichapishwa hivi karibuni, mchango wa mwingiliano dhaifu ulipimwa kwa mara ya kwanza. Jaribio liliwezesha kubainisha mwingiliano dhaifu wa quarks za juu na chini
Na mashtaka dhaifu ya protoni na neutroni. Utabiri wa Modeli ya Kawaida kwa gharama dhaifu ulikuwa:
Q W (p) = 0.0710 ± 0.0007,
Q W (n) = -0.9890 ± 0.0007.
Na kulingana na matokeo ya kutawanya, jaribio lilitoa maadili yafuatayo:
Q W (p) = 0.063 ± 0.012,
Q W (n) = -0.975 ± 0.010.
Ambayo inafanana sana na nadharia, kwa kuzingatia kosa. Wajaribio wanasema kwamba kwa kuchakata data zaidi, watapunguza zaidi makosa. Na ikiwa kuna mshangao wowote au tofauti kutoka kwa Modeli ya Kawaida, hiyo itakuwa nzuri! Lakini hakuna kinachoonyesha hii:
Kwa hiyo, chembe zina malipo dhaifu, lakini hatuzungumzi juu yake, kwa kuwa ni vigumu sana kupima. Lakini tulifanya hivyo, na inaonekana kwamba tumethibitisha tena Muundo wa Kawaida.