Lực yếu trong vật lý. Lực hạt nhân yếu và mạnh

Lực yếu là một trong bốn lực cơ bản chi phối mọi vật chất trong Vũ trụ. Ba yếu tố còn lại là trọng lực, điện từ và tương tác mạnh. Trong khi các lực lượng khác giữ mọi thứ lại với nhau, lực yếu vở kịch vai trò lớn trong sự hủy diệt của chúng.

Tương tác yếu mạnh hơn trọng lực nhưng nó chỉ có hiệu quả ở khoảng cách rất ngắn. Lực này hoạt động ở cấp độ hạ nguyên tử và đóng vai trò vai trò quyết định trong việc cung cấp năng lượng cho các ngôi sao và tạo ra các nguyên tố. Cô ấy cũng chịu trách nhiệm về hầu hết bức xạ tự nhiên trong vũ trụ.

Lý thuyết Fermi

Nhà vật lý người Ý Enrico Fermi đã phát triển một lý thuyết vào năm 1933 để giải thích sự phân rã beta, quá trình neutron biến thành proton và chiếm chỗ của một electron, thường được gọi là hạt beta trong bối cảnh này. Anh xác định loại mới lực, gọi là tương tác yếu, nguyên nhân gây ra sự phân rã, quá trình cơ bản biến neutron thành proton, neutrino và electron, sau này được định nghĩa là phản neutrino.

Fermi ban đầu cho rằng không có khoảng cách và không có sự gắn kết. Hai hạt phải chạm vào nhau để lực tác dụng. Từ đó người ta phát hiện ra rằng lực yếu thực sự là một lực biểu hiện trong một khoảng cách cực kỳ ngắn, bằng 0,1% đường kính proton.

Lực điện yếu

Bước đầu tiên trong phản ứng tổng hợp hydro là sự va chạm của hai proton với lực đủ lớn để thắng lực đẩy lẫn nhau mà chúng gặp phải do tương tác điện từ của chúng.

Nếu cả hai hạt được đặt gần nhau, một lực mạnh có thể liên kết chúng lại với nhau. Điều này tạo ra một dạng helium không ổn định (2 He), có hạt nhân có hai proton, trái ngược với dạng ổn định (4 He), có hai neutron và hai proton.

TRÊN giai đoạn tiếp theo tương tác yếu phát huy tác dụng. Do có quá nhiều proton, một trong số chúng trải qua quá trình phân rã beta. Sau đó, các phản ứng khác, bao gồm cả sự hình thành trung gian và phản ứng tổng hợp 3He, cuối cùng tạo thành 4He ổn định.

Marcus Aurelius

Mỗi người chúng ta cố gắng tạo ra bức tranh hoàn chỉnh thế giới, bao gồm cả bức tranh của Vũ trụ, từ cái nhỏ nhất hạt hạ nguyên tửở mức độ lớn nhất. Nhưng các định luật vật lý đôi khi kỳ lạ và phản trực giác đến mức nhiệm vụ này có thể trở nên quá sức đối với những người chưa trở thành nhà vật lý lý thuyết chuyên nghiệp.

Một độc giả hỏi:

Mặc dù đây không phải là thiên văn học nhưng có lẽ bạn có thể cho tôi một gợi ý. Lực mạnh được truyền bởi gluon và liên kết các quark và gluon lại với nhau. Điện từ được mang bởi các photon và liên kết các hạt tích điện. Lực hấp dẫn được cho là do graviton mang theo và liên kết tất cả các hạt với khối lượng. Điểm yếu được mang bởi các hạt W và Z, và... có liên quan đến sự phân rã? Tại sao lực yếu được mô tả theo cách này? Lực yếu có phải là nguyên nhân gây ra lực hút và/hoặc lực đẩy của bất kỳ hạt nào không? Và cái nào? Và nếu không thì tại sao đây lại là một trong những tương tác cơ bản, nếu nó không liên kết với bất kỳ lực lượng nào? Cảm ơn.

Chúng ta hãy tìm hiểu những điều cơ bản. Có bốn lực cơ bản trong vũ trụ - lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu.

Và tất cả điều này là sự tương tác, lực lượng. Đối với các hạt có thể đo được trạng thái, tác dụng của lực sẽ làm thay đổi mômen của nó - trong cuộc sống bình thường, trong những trường hợp như vậy chúng ta nói về gia tốc. Và đối với ba lực lượng này thì điều này đúng.

Trong trường hợp trọng lực, tổng số tiền năng lượng (chủ yếu là khối lượng, nhưng bao gồm tất cả năng lượng) làm cong không thời gian và chuyển động của tất cả các hạt khác thay đổi khi có sự hiện diện của bất kỳ thứ gì có năng lượng. Đây là cách nó hoạt động trong lý thuyết hấp dẫn cổ điển (phi lượng tử). Có lẽ có nhiều hơn lý thuyết tổng quát, lực hấp dẫn lượng tử, trong đó graviton được trao đổi, dẫn tới cái mà chúng ta quan sát được là tương tác hấp dẫn.

Trước khi bạn tiếp tục, hãy hiểu:

Các hạt có một đặc tính, hoặc cái gì đó vốn có của chúng, cho phép chúng cảm nhận (hoặc không cảm nhận) một loại lực nhất định
Các hạt khác mang tương tác tương tác với các hạt đầu tiên
Kết quả của sự tương tác là các hạt thay đổi mômen hoặc gia tốc

Trong điện từ, tính chất chính là điện tích. Không giống như trọng lực, nó có thể dương hoặc âm. Photon, một hạt mang lực liên quan đến điện tích, dẫn đến phí giống hệt nhauđẩy nhau, những chất khác nhau thì bị thu hút.

Điều đáng chú ý là các điện tích chuyển động, hay dòng điện, chịu một biểu hiện khác của điện từ - từ tính. Điều tương tự cũng xảy ra với lực hấp dẫn, và nó được gọi là từ trường hấp dẫn (hay điện từ hấp dẫn). Chúng ta sẽ không đi sâu hơn - vấn đề là không chỉ có điện tích và chất mang lực mà còn có dòng điện.

Ngoài ra còn có tương tác hạt nhân mạnh, có ba loại điện tích. Mặc dù tất cả các hạt đều có năng lượng và đều chịu lực hấp dẫn, và mặc dù quark, nhưng một nửa số lepton và một cặp boson đều chứa điện tích - chỉ có quark và gluon mới có điện tích màu và có thể chịu lực hạt nhân mạnh.

Có rất nhiều khối lượng ở khắp mọi nơi nên rất dễ quan sát được trọng lực. Và vì lực mạnh và điện từ khá mạnh nên chúng cũng dễ dàng quan sát được.

Nhưng còn cái sau thì sao? Tương tác yếu?

Chúng ta thường nói về nó trong bối cảnh phân rã phóng xạ. Một quark nặng hoặc lepton phân rã thành những hạt nhẹ hơn và ổn định hơn. Đúng, tương tác yếu có liên quan đến điều này. Nhưng trong trong ví dụ này nó có phần khác biệt so với các lực lượng khác.

Hóa ra tương tác yếu cũng là một lực, chỉ là điều này không thường được nhắc đến. Cô ấy yếu đuối! Yếu hơn 10.000.000 lần so với điện từ trong khoảng cách bằng đường kính của proton.

Một hạt tích điện luôn mang điện tích, bất kể nó có chuyển động hay không. Nhưng dòng điện, do nó tạo ra, phụ thuộc vào chuyển động của nó so với các hạt khác. Dòng điện xác định từ tính, nó cũng quan trọng như phần điện của điện từ. Các hạt hợp chất như proton và neutron có vai trò quan trọng khoảnh khắc từ tính, giống như electron.

Quark và lepton có sáu loại. Quark - trên, dưới, lạ, quyến rũ, quyến rũ, chân thực (theo ký hiệu các chữ cái của chúng trong tiếng Latin u, d, s, c, t, b - lên, xuống, lạ, quyến rũ, trên, dưới). Lepton - electron, electron-neutrino, muon, muon-neutrino, tau, tau-neutrino. Mỗi người trong số họ có một điện tích, nhưng cũng có một mùi hương. Nếu chúng ta kết hợp điện từ và lực yếu để có được lực điện yếu, thì mỗi hạt sẽ có điện tích yếu nào đó, hay dòng điện yếu và hằng số lực yếu. Tất cả điều này được mô tả trong Mô hình Chuẩn, nhưng khá khó để kiểm tra nó vì lực điện từ quá mạnh.

Trong một thí nghiệm mới, kết quả được công bố gần đây, lần đầu tiên sự đóng góp của tương tác yếu đã được đo lường. Thí nghiệm cho phép xác định tương tác yếu của quark up và down

Và các điện tích yếu của proton và neutron. Dự đoán của Mô hình Chuẩn về điện tích yếu là:

QW(p) = 0,0710 ± 0,0007,
QW(n) = -0,9890 ± 0,0007.

Và dựa trên kết quả tán xạ, thí nghiệm đã tạo ra các giá trị sau:

QW(p) = 0,063 ± 0,012,
QW(n) = -0,975 ± 0,010.

Điều này rất trùng khớp với lý thuyết, có tính đến lỗi. Các nhà thí nghiệm nói rằng bằng cách xử lý nhiều dữ liệu hơn, họ sẽ giảm được sai sót hơn nữa. Và nếu có bất kỳ sự ngạc nhiên hoặc khác biệt nào với Mẫu chuẩn, nó sẽ rất tuyệt! Nhưng không có gì chỉ ra điều này:

Do đó, các hạt có điện tích yếu, nhưng chúng ta không nói về nó vì nó khó đo lường một cách phi thực tế. Nhưng dù sao thì chúng tôi cũng đã làm điều đó và có vẻ như chúng tôi đã xác nhận lại Mô hình Chuẩn.

Lực yếu hay lực hạt nhân yếu là một trong những lực bốn cơ bản tương tác trong tự nhiên. Đặc biệt, nó chịu trách nhiệm cho sự phân rã beta của hạt nhân. Tương tác này được gọi là yếu vì hai tương tác còn lại có ý nghĩa quan trọng đối với vật lý hạt nhân(mạnh và điện từ) được đặc trưng bởi cường độ lớn hơn đáng kể. Tuy nhiên, nó mạnh hơn nhiều so với tương tác cơ bản thứ tư, lực hấp dẫn. Lực tương tác yếu không đủ để giữ các hạt ở gần nhau (tức là tạo thành trạng thái liên quan). Nó chỉ có thể biểu hiện trong quá trình phân rã và biến đổi lẫn nhau của các hạt.

Tương tác yếu có phạm vi ngắn - nó biểu hiện ở những khoảng cách nhỏ hơn đáng kể so với kích thước của hạt nhân nguyên tử (bán kính tương tác đặc trưng là 2·10?18 m).

Hạt mang tương tác yếu là các boson vectơ và. Trong trường hợp này, người ta phân biệt giữa sự tương tác của cái gọi là dòng điện yếu tích điện và dòng điện yếu trung tính. Sự tương tác của các dòng điện tích (với sự tham gia của các boson tích điện) dẫn đến sự thay đổi điện tích hạt và sự biến đổi một số lepton và quark thành các lepton và quark khác. Sự tương tác của dòng điện trung tính (với sự tham gia của boson trung tính) không làm thay đổi điện tích của các hạt và biến đổi các lepton và quark thành cùng một hạt.

Lần đầu tiên, các tương tác yếu được quan sát thấy trong quá trình phân rã β hạt nhân nguyên tử. Và hóa ra, những phân rã này có liên quan đến sự biến đổi proton thành neutron trong hạt nhân và ngược lại:

p > n + e+ + không, n > p + e- + e,

trong đó n là neutron, p là proton, e- là electron, n?e là phản neutrino electron.

Các hạt cơ bản thường được chia thành ba nhóm:

1) photon; nhóm này chỉ gồm một hạt - photon - lượng tử bức xạ điện từ;

2) lepton (từ tiếng Hy Lạp “leptos” - ánh sáng), chỉ tham gia vào các tương tác điện từ và yếu. Lepton bao gồm electron và neutrino muon, electron, muon và lepton nặng được phát hiện vào năm 1975 - lepton, hay taon, với khối lượng xấp xỉ 3487me, cũng như các phản hạt tương ứng của chúng. Tên gọi lepton là do khối lượng của các lepton đầu tiên được biết đến nhỏ hơn khối lượng của tất cả các hạt khác. Lepton cũng bao gồm neutrino bí mật, sự tồn tại của nó trong gần đây cũng được cài đặt;

3) hadron (từ tiếng Hy Lạp “adros” - lớn, mạnh). Hadron có tương tác mạnh cùng với tương tác điện từ và tương tác yếu. Trong số các hạt được thảo luận ở trên, chúng bao gồm proton, neutron, pion và kaon.

Tính chất của tương tác yếu

Tương tác yếu có những tính chất đặc biệt:

1. Tất cả các fermion cơ bản (lepton và quark) đều tham gia vào tương tác yếu. Fermion (theo tên của nhà vật lý người Ý E. Fermi) là các hạt cơ bản, hạt nhân nguyên tử, nguyên tử có giá trị bán nguyên mômen động lượng của chính chúng. Ví dụ về fermion: quark (chúng tạo thành proton và neutron, cũng là fermion), lepton (electron, muon, tau lepton, neutrino). Đây là tương tác duy nhất mà neutrino tham gia (không tính lực hấp dẫn, lực hấp dẫn này không đáng kể trong điều kiện phòng thí nghiệm), điều này giải thích khả năng xuyên thấu khổng lồ của các hạt này. Tương tác yếu cho phép các lepton, quark và phản hạt của chúng trao đổi năng lượng, khối lượng, điện tích và số lượng tử- tức là biến thành nhau.

2. Tương tác yếu có tên như vậy là do cường độ đặc trưng của nó thấp hơn nhiều so với cường độ điện từ. Trong vật lý hạt cơ bản Cường độ tương tác thường được đặc trưng bởi tốc độ của các quá trình gây ra bởi sự tương tác này. Các quá trình diễn ra càng nhanh thì cường độ tương tác càng cao. Ở năng lượng của các hạt tương tác cỡ 1 GeV, tốc độ đặc trưng của các quá trình gây ra bởi tương tác yếu là khoảng 10×10 s, lớn hơn khoảng 11 bậc độ lớn so với các quá trình điện từ, nghĩa là các quá trình yếu là các quá trình cực kỳ chậm. .

3. Một đặc tính khác của cường độ tương tác là đường đi tự do trung bình của các hạt trong một chất. Vì vậy, để ngăn chặn một hadron bay do tương tác mạnh, cần phải có một tấm sắt dày vài cm. Đồng thời, một neutrino, chỉ tham gia vào các tương tác yếu, có thể bay qua một tấm dày hàng tỷ km.

4. Tương tác yếu có phạm vi tác dụng rất nhỏ - khoảng 2·10-18 m (khoảng 1000 lần kích thước nhỏ hơn hạt nhân). Chính vì lý do này mà mặc dù thực tế là tương tác yếu mạnh hơn nhiều so với tương tác hấp dẫn, bán kính của nó không bị giới hạn, nhưng nó đóng vai trò nhỏ hơn đáng kể. Ví dụ, ngay cả đối với các hạt nhân nằm ở khoảng cách 10–10 m, tương tác yếu không chỉ yếu hơn điện từ mà còn yếu hơn cả lực hấp dẫn.

5. Cường độ quá trình yếu phụ thuộc rất nhiều vào năng lượng của các hạt tương tác. Năng lượng càng cao thì cường độ càng cao. Ví dụ, do tương tác yếu, một neutron có năng lượng nghỉ xấp xỉ 1 GeV, phân rã trong khoảng 103 giây, và một hyperon L, có khối lượng lớn hơn một trăm lần, phân rã trong 10–10 giây. Điều này cũng đúng đối với các neutrino mang năng lượng: tiết diện tương tác với một nucleon của neutrino có năng lượng 100 GeV lớn hơn sáu bậc độ lớn so với tiết diện của neutrino có năng lượng khoảng 1 MeV. Tuy nhiên, ở mức năng lượng cỡ vài trăm GeV (trong hệ quy chiếu tâm khối của các hạt va chạm), cường độ của tương tác yếu có thể so sánh được với năng lượng của tương tác điện từ, do đó chúng có thể được mô tả một cách thống nhất là tương tác điện yếu. Trong vật lý hạt, lực điện yếu là mô tả chung hai trong bốn lực cơ bản: lực yếu và lực điện từ. Mặc dù hai tương tác này rất khác nhau ở mức năng lượng thấp thông thường, nhưng trên lý thuyết chúng được biểu diễn dưới dạng hai những biểu hiện khác nhau một tương tác. Ở những năng lượng cao hơn năng lượng thống nhất (khoảng 100 GeV), chúng kết hợp thành một tương tác điện yếu duy nhất. Tương tác điện yếu là tương tác trong đó các quark và lepton tham gia, phát ra và hấp thụ các photon hoặc các boson vectơ trung gian nặng W+, W-, Z0. E.v. được mô tả bằng một lý thuyết chuẩn với tính đối xứng bị phá vỡ một cách tự phát.

6. Tương tác yếu là tương tác cơ bản duy nhất mà định luật bảo toàn tính chẵn lẻ không được thỏa mãn, điều này có nghĩa là các định luật mà các quá trình yếu tuân theo sẽ thay đổi khi hệ thống được phản ánh. Vi phạm định luật bảo toàn tính chẵn lẻ dẫn đến thực tế là chỉ có các hạt thuận tay trái (có spin hướng ngược với động lượng), chứ không phải các hạt thuận tay phải (có spin cùng hướng với động lượng), là đối tượng tương tác yếu và ngược lại: phản hạt thuận tay phải tương tác yếu, còn phản hạt thuận tay trái thì trơ.

Hoạt động đảo ngược không gian P là phép biến đổi

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

Phép toán P đổi dấu của bất kỳ vectơ cực nào

Hoạt động đảo ngược không gian biến hệ thống thành hệ thống đối xứng gương. Đối xứng gươngđược quan sát thấy trong các quá trình dưới ảnh hưởng của lực mạnh và tương tác điện từ. Đối xứng gương trong các quá trình này có nghĩa là ở trạng thái đối xứng gương, quá trình chuyển đổi được thực hiện với cùng xác suất.

1957? Yang Zhenning, Li Zongdao nhận được giải Nobel trong vật lý. Vì những nghiên cứu chuyên sâu của ông về cái gọi là luật chẵn lẻ, dẫn đến những khám phá quan trọng trong lĩnh vực hạt cơ bản.

7. Ngoài tính chẵn lẻ về không gian, tương tác yếu cũng không bảo toàn tính chẵn lẻ của điện tích không gian kết hợp, nghĩa là tương tác duy nhất đã biết vi phạm nguyên tắc bất biến CP.

Đối xứng điện tích có nghĩa là nếu có bất kỳ quá trình nào liên quan đến các hạt thì khi chúng được thay thế bằng phản hạt (liên hợp điện tích) thì quá trình đó cũng tồn tại và xảy ra với cùng xác suất. Sự đối xứng điện tích không có trong các quá trình liên quan đến neutrino và phản neutrino. Trong tự nhiên, chỉ tồn tại các neutrino thuận tay trái và các phản neutrino thuận tay phải. Nếu mỗi hạt này (để xác định, chúng ta sẽ xem xét electron neutrino n và phản neutrino e) chịu tác động của liên hợp điện tích, thì chúng sẽ biến thành những vật thể không tồn tại với số lượng lepton và độ xoắn.

Do đó, trong các tương tác yếu, tính bất biến P- và C bị vi phạm đồng thời. Tuy nhiên, điều gì sẽ xảy ra nếu hai thao tác liên tiếp được thực hiện trên một neutrino (phản neutrino)? Các phép biến đổi P- và C (thứ tự thực hiện không quan trọng), thì ta lại thu được neutrino tồn tại trong tự nhiên. Trình tự các thao tác và (hoặc trong thứ tự ngược lại) được gọi là phép biến đổi CP. Kết quả của phép biến đổi CP_transformation (đảo ngược tổ hợp) not và e như sau:

Do đó, đối với neutrino và phản neutrino, hoạt động biến đổi hạt thành phản hạt không phải là hoạt động liên hợp điện tích mà là biến đổi CP.

TƯƠNG TÁC YẾU- một trong bốn quỹ được biết đến. tương tác giữa . S.v. yếu hơn nhiều so với lực mạnh và điện từ. tương tác nhưng mạnh hơn nhiều so với tương tác hấp dẫn. Vào những năm 80 Nó đã được thành lập mà yếu và el-magn. tương tác - khác biệt. biểu hiện của một tương tác điện yếu.

Cường độ tương tác có thể được đánh giá bằng tốc độ của các quá trình mà nó gây ra. Thông thường tốc độ của các quá trình được so sánh với nhau ở mức năng lượng GeV, đặc trưng của vật lý hạt cơ bản. Ở những mức năng lượng như vậy, quá trình gây ra bởi tương tác mạnh xảy ra trong thời gian s, el-magn. quá trình theo thời gian, thời gian đặc trưng của các quá trình xảy ra do năng lượng mặt trời. (các quá trình yếu), nhiều hơn nữa:c, do đó trong thế giới các hạt cơ bản các quá trình yếu diễn ra cực kỳ chậm.

Một đặc tính khác của sự tương tác là các hạt trong vật chất. Các hạt tương tác mạnh (hadron) có thể bị giữ lại bởi một tấm sắt dày gấp mấy lần. hàng chục cm, trong khi một neutrino, vốn chỉ có vận tốc rất mạnh, sẽ truyền qua một tấm sắt có độ dày khoảng một tỷ km mà không gặp phải một va chạm nào. Lực hấp dẫn thậm chí còn yếu hơn. tương tác, cường độ của nó ở mức năng lượng ~1 GeV nhỏ hơn 10,33 lần so với S. v. Tuy nhiên, thường là vai trò của trọng lực. sự tương tác đáng chú ý hơn nhiều so với vai trò của S. thế kỷ. Điều này là do thực tế là lực hấp dẫn tương tác, giống như tương tác điện từ, có phạm vi tác dụng vô cùng lớn; do đó, ví dụ, lực hấp dẫn tác dụng lên các vật thể nằm trên bề mặt Trái đất. sức hút của tất cả các nguyên tử tạo nên Trái Đất. Tương tác yếu có phạm vi tác dụng rất ngắn: khoảng. 2*10 -16 cm (nhỏ hơn ba bậc độ lớn so với bán kính tương tác mạnh). Kết quả của việc này là S. v. giữa hạt nhân của hai nguyên tử lân cận nằm ở khoảng cách 10 -8 cm là nhỏ không đáng kể, yếu hơn rất nhiều không chỉ so với hạt nhân điện từ mà còn cả hạt nhân hấp dẫn. sự tương tác giữa chúng.

Tuy nhiên, mặc dù có kích thước nhỏ và tác dụng ngắn nhưng S. Century. đóng một vai trò rất quan trọng trong tự nhiên. Vì vậy, nếu có thể “tắt” năng lượng mặt trời thì Mặt trời sẽ tắt, vì quá trình biến đổi proton thành neutron, positron và neutrino sẽ không thể thực hiện được, kết quả là 4 proton biến thành 4 He, hai positron và hai neutrino. Quá trình này đóng vai trò chính nguồn năng lượng từ Mặt trời và hầu hết các ngôi sao (xem Chu trình hydro) Các quá trình của thế kỷ S. với sự phát xạ neutrino nói chung là cực kỳ quan trọng trong sự tiến hóa của các ngôi sao, bởi vì chúng gây ra sự mất năng lượng bởi các ngôi sao rất nóng trong các vụ nổ siêu tân tinh với sự hình thành của sao xung, v.v. Nếu không có năng lượng mặt trời thì muon, meson và các hạt lạ, quyến rũ phân rã do năng lượng mặt trời sẽ ổn định và phổ biến trong vật chất thông thường. Vai trò lớn như vậy của SE là do nó không phải chịu một số điều cấm đặc trưng của năng lượng mạnh và điện từ. tương tác. Đặc biệt, S. v. biến đổi các lepton tích điện thành neutrino và một loại (hương vị) thành các loại quark khác.

Cường độ của các quá trình yếu tăng nhanh khi năng lượng tăng. Vì thế, phân rã neutron beta,năng lượng giải phóng ở Krom rất nhỏ (~1 MeV), kéo dài khoảng. 10 3 s, lớn hơn 10 13 lần thời gian tồn tại của một hyperon, năng lượng giải phóng trong quá trình phân rã của nó là ~100 MeV. Tiết diện tương tác với các nucleon đối với neutrino có năng lượng ~100 GeV là xấp xỉ. gấp một triệu lần so với neutrino có năng lượng ~1 MeV. Theo lý thuyết các khái niệm, sự phát triển của mặt cắt ngang sẽ tiếp tục tạo ra năng lượng theo thứ tự của một số. hàng trăm GeV (trong hệ tâm quán tính của các hạt va chạm). Ở những mức năng lượng này và khi truyền động lượng lớn, các hiệu ứng gắn liền với sự tồn tại của boson vector trung gian. Ở khoảng cách giữa các hạt va chạm nhỏ hơn nhiều so với 2*10 -16 cm (bước sóng Compton của các boson trung gian), S.v. và el-magn. tương tác có cường độ gần như nhau.

Naib. một quá trình phổ biến gây ra bởi S. thế kỷ - phân rã beta hạt nhân nguyên tử phóng xạ. Năm 1934, E. Fermi xây dựng lý thuyết về sự phân rã liên quan đến một số sinh vật nhất định. những sửa đổi đã hình thành nền tảng của lý thuyết tiếp theo của cái gọi là. hệ thống 4 fermion cục bộ phổ quát. (Tương tác Fermi). Theo lý thuyết của Fermi, electron và neutrino (chính xác hơn) thoát ra khỏi hạt nhân phóng xạ trước đó không có trong đó mà xuất hiện vào thời điểm phân rã. Hiện tượng này tương tự như sự phát xạ của các photon năng lượng thấp ( ánh sáng nhìn thấy được) nguyên tử hoặc photon bị kích thích năng lượng cao(-lượng tử) bởi hạt nhân bị kích thích. Lý do cho các quá trình như vậy là sự tương tác của điện. các hạt có el-magn. trường: một hạt tích điện chuyển động tạo ra dòng điện từ, làm nhiễu loạn nam châm điện. cánh đồng; Kết quả của sự tương tác, hạt truyền năng lượng cho lượng tử của trường này - photon. Sự tương tác của photon với el-magn. dòng điện được mô tả bằng biểu thức MỘT. Đây e- điện cơ bản điện tích, là độ lớn el-không đổi. tương tác (xem Hằng số tương tác), A- toán tử trường photon (tức là toán tử tạo và hủy photon), j em - toán tử mật độ el-magn. hiện hành (Thông thường, biểu thức dòng điện từ cũng bao gồm hệ số nhân e.) Mọi chi phí đều đóng góp cho j em. các hạt. Ví dụ, thuật ngữ tương ứng với electron có dạng:, trong đó là toán tử về sự hủy diệt của một electron hoặc sự ra đời của một positron, và là toán tử về sự ra đời của một electron hoặc sự hủy diệt của một positron. [Để đơn giản, nó không được hiển thị ở trên j um, cũng như MỘT, là một vectơ bốn chiều. Chính xác hơn, thay vào đó bạn nên viết một bộ bốn biểu thức trong đó - ma trận Dirac,= 0, 1, 2, 3. Mỗi biểu thức này được nhân với thành phần tương ứng của vectơ bốn chiều.]

Sự tương tác mô tả không chỉ sự phát xạ và hấp thụ photon của electron và positron mà còn cả các quá trình như sự tạo ra các cặp electron-positron bởi photon (xem phần 2). Sự ra đời của các cặp đôi)hoặc sự hủy diệt những cặp này thành photon. Trao đổi photon giữa hai điện tích. các hạt dẫn đến sự tương tác của chúng với nhau. Kết quả là, chẳng hạn, xảy ra sự tán xạ của một electron bởi một proton, điều này được thể hiện dưới dạng sơ đồ sơ đồ Feynman, được trình bày trong hình. 1. Khi một proton trong hạt nhân chuyển từ cấp độ này sang cấp độ khác, sự tương tác tương tự có thể dẫn đến sự ra đời của cặp electron-positron (Hình 2).

Lý thuyết phân rã của Fermi về cơ bản tương tự như lý thuyết điện từ. quá trình. Fermi đưa ra lý thuyết của mình dựa trên sự tương tác của hai “dòng điện yếu” (xem phần 2). Hiện hành trong lý thuyết trường lượng tử), nhưng tương tác với nhau không phải ở khoảng cách xa bằng cách trao đổi một hạt - lượng tử trường (photon trong trường hợp tương tác điện từ), mà là tiếp xúc. Đây là sự tương tác giữa bốn trường fermion (bốn fermion p, n, e và neutrino v) trong thời hiện đại. ký hiệu có dạng: . Đây G F- Hằng số Fermi, hay hằng số tương tác bốn fermion yếu, thực nghiệm. ý nghĩa của việc cắt erg*cm 3 (giá trị có thứ nguyên là bình phương chiều dài và tính theo đơn vị thì nó là hằng số , Ở đâu M- khối lượng proton), - toán tử sinh proton (sự hủy proton), - toán tử hủy neutron (sự sinh phản neutron), - toán tử sinh electron (sự hủy positron), v - Toán tử phá hủy neutrino (sinh phản neutrino). (Ở đây và từ đó trở đi, các toán tử tạo ra và hủy diệt các hạt được biểu thị bằng ký hiệu của các hạt tương ứng, được in đậm.) Dòng điện biến neutron thành proton sau đó được gọi là nucleon và dòng điện - lepton. Fermi đã công nhận điều đó, giống như một chiếc el-magn. dòng điện yếu cũng là vectơ bốn chiều: Vì vậy người ta gọi tương tác Fermi. vectơ.

Tương tự như sự ra đời của cặp electron-positron (Hình 2), sự phân rã của neutron có thể được mô tả bằng sơ đồ tương tự (Hình 3) [các phản hạt được đánh dấu bằng biểu tượng “dấu ngã” phía trên ký hiệu của các hạt tương ứng ]. Ví dụ, sự tương tác của dòng lepton và nucleon sẽ dẫn đến các quá trình khác. phản ứng (Hình 4), hấp (Hình 5) và vân vân.

sinh vật Sự khác biệt giữa dòng điện yếu và dòng điện từ là dòng điện yếu làm thay đổi điện tích của các hạt, trong khi dòng điện làm thay đổi điện tích của các hạt. dòng điện không thay đổi: dòng điện yếu biến neutron thành proton, electron thành neutrino và dòng điện từ biến proton thành proton và electron thành electron. Do đó, tokii ev yếu được gọi là. dòng điện tích điện. Theo thuật ngữ này, một nam châm điện thông thường. hiện tại của cô ấy là dòng điện trung tính.

Lý thuyết của Fermi dựa trên kết quả của ba nghiên cứu khác nhau. lĩnh vực: 1) thử nghiệm. nghiên cứu của chính thế kỷ S. (-phân rã), dẫn đến giả thuyết về sự tồn tại của neutrino; 2) thí nghiệm. nghiên cứu về lực mạnh (), dẫn đến việc phát hiện ra proton và neutron và sự hiểu biết rằng hạt nhân được tạo thành từ những hạt này; 3) thí nghiệm. và lý thuyết nghiên cứu điện từ sự tương tác, nhờ đó đã đặt nền móng thuyết lượng tử lĩnh vực. Phát triển hơn nữa vật lý hạt đã nhiều lần xác nhận sự phụ thuộc lẫn nhau hiệu quả của việc nghiên cứu các trường mạnh, yếu và điện từ. tương tác.

Lý thuyết về bốn fermion phổ quát sv. khác với lý thuyết của Fermi ở một số điểm và cách thức. Những khác biệt này, được hình thành qua nhiều năm sau đó nhờ việc nghiên cứu các hạt cơ bản, được rút ra như sau.

Giả thuyết cho rằng S. v. không bảo toàn tính chẵn lẻ, được đưa ra bởi Lee Tsung-Dao và Yang Chen Ning vào năm 1956 với lý thuyết nghiên cứu phân rã meson K; sớm thất bại R- và các đẳng thức C được phát hiện bằng thực nghiệm trong sự phân rã của hạt nhân [Bu Chien-Shiung và đồng nghiệp], trong sự phân rã của muon [R. Garwin (R. Garwin), L. Lederman (L. Lederman), V. Telegdi (V. Telegdi), J. Friedman (J. Friedman), v.v.] và trong sự phân rã của các hạt khác.

Tóm tắt một thí nghiệm lớn. tài liệu, M. Gell-Mann, P. Feynman, P. Marshak, và E. Sudarshan năm 1957 đã đề xuất lý thuyết phổ quát S. v. - cái gọi là V- MỘT-lý thuyết. Trong một công thức dựa trên cấu trúc quark của hadron, lý thuyết này cho rằng tổng dòng điện tích yếu j u là tổng của dòng lepton và dòng quark, với mỗi dòng cơ bản này chứa cùng một tổ hợp ma trận Dirac:

Hóa ra sau đó, bộ sạc. Dòng lepton, được biểu diễn trong lý thuyết Fermi bằng một số hạng, là tổng của ba số hạng: và mỗi khoản phí đã biết. lepton (electron, muon và lepton nặng) được bao gồm trong phí. hiện tại với bạn neutrino.

Thù lao dòng điện hadron, được biểu thị bằng số hạng trong lý thuyết Fermi, là tổng của dòng điện quark. Đến năm 1992, năm loại quark đã được biết đến , từ đó mọi hadron đã biết được cấu tạo, và sự tồn tại của quark thứ sáu ( t Với Q =+ 2/3). Dòng quark tích điện, cũng như dòng lepton, thường được viết dưới dạng tổng của ba số hạng:

Tuy nhiên, đây là sự kết hợp tuyến tính của các toán tử d, s, b, vì vậy dòng điện tích quark bao gồm chín số hạng. Mỗi dòng điện là tổng của dòng điện vectơ và dòng trục có hệ số bằng đơn vị.

Các hệ số của chín dòng quark tích điện thường được biểu diễn dưới dạng ma trận 3x3, các cạnh của chúng được tham số hóa bằng ba góc và hệ số pha đặc trưng cho nhiễu CP-bất biến trong các phân rã yếu. Ma trận này được gọi là Ma trận Kobayashi - Maskawa (M. Kobayashi, T. Maskawa).

Lagrange S. v. dòng điện tích có dạng:

Eater, liên hợp, v.v.). Sự tương tác giữa các dòng điện này mô tả một cách định lượng một số lượng lớn các quá trình yếu: leptonic, bán leptonic ( v.v.) và không leptonic ( ,, vân vân.). Nhiều quá trình trong số này được phát hiện sau năm 1957. Trong thời kỳ này, hai hiện tượng cơ bản mới cũng được phát hiện: sự vi phạm tính bất biến CP và dòng điện trung tính.

Sự vi phạm tính bất biến CP được phát hiện vào năm 1964 trong một thí nghiệm của J. Christenson, J. Cronin, V. Fitch và R. Turley, những người đã quan sát thấy sự phân rã của meson K° tồn tại lâu dài thành hai meson. Sau đó, sự vi phạm tính bất biến CP cũng được quan sát thấy trong các phân rã bán lepton. Để làm rõ bản chất của tương tác CP-không bất biến, việc tìm k-l là cực kỳ quan trọng. Quá trình CP không bất biến trong phân rã hoặc tương tác của các hạt khác. Đặc biệt, việc tìm kiếm mômen lưỡng cực neutron rất được quan tâm (sự có mặt của nó có nghĩa là vi phạm tính bất biến đối với đảo ngược thời gian, và do đó, theo định lý SRT và CP-bất biến).

Sự tồn tại của dòng điện trung hòa đã được dự đoán bởi lý thuyết thống nhất về dòng điện yếu và dòng điện. tương tác được tạo ra vào những năm 60. Sh. Glashow, S. Weinberg, A. Salam và những người khác và sau đó đã nhận được cái tên này. lý thuyết tiêu chuẩn về tương tác điện yếu. Theo lý thuyết này, S. v. không phải là sự tương tác tiếp xúc của dòng điện, mà xảy ra thông qua sự trao đổi các boson vectơ trung gian ( W + , W - , Z 0) - các hạt nặng có spin 1. Trong trường hợp này, các boson thực hiện tương tác điện tích. dòng điện (Hình 6) và Z 0-boson là trung tính (Hình 7). Trong lý thuyết tiêu chuẩn, ba boson trung gian và một photon được gọi là lượng tử vectơ. trường đo, tác dụng với sự truyền động lượng bốn chiều tiệm cận lớn ( , mz, Ở đâu m w , m z- quần chúng W- và Z-boson trong năng lượng. đơn vị) hoàn toàn bằng nhau. Dòng trung tính được phát hiện vào năm 1973 trong sự tương tác của neutrino và phản neutrino với nucleon. Sau đó, người ta phát hiện ra các quá trình tán xạ neutrino muon bởi một electron, cũng như các hiệu ứng của sự không bảo toàn chẵn lẻ trong tương tác giữa các electron với nucleon, gây ra bởi dòng điện trung tính của electron (những hiệu ứng này lần đầu tiên được quan sát thấy trong các thí nghiệm về sự không bảo toàn chẵn lẻ ở chuyển tiếp nguyên tử được thực hiện ở Novosibirsk bởi L. M. Barkov và M. S. Zolotorev, cũng như trong các thí nghiệm về tán xạ electron trên proton và deuteron ở Hoa Kỳ).

Sự tương tác của dòng điện trung tính được mô tả bằng thuật ngữ tương ứng trong Lagrange S.V.

đâu là một tham số không thứ nguyên. Trong lý thuyết tiêu chuẩn (giá trị thực nghiệm p trùng với 1 trong phạm vi một phần trăm độ chính xác thực nghiệm và độ chính xác tính toán hiệu chỉnh bức xạ). Tổng dòng trung tính yếu có sự đóng góp của tất cả các lepton và tất cả các quark:

Rất tài sản quan trọng dòng điện trung tính là chúng có đường chéo, tức là chúng chuyển các lepton (và quark) vào chính chúng chứ không chuyển sang các lepton (quark) khác, như trong trường hợp dòng điện tích điện. Mỗi dòng trong số 12 dòng trung hòa quark và lepton là sự kết hợp tuyến tính của dòng dọc trục với một hệ số. tôi 3 và dòng điện vectơ có hệ số. , Ở đâu tôi 3- hình chiếu thứ ba của cái gọi là. yếu đuối spin đồng vị, Q- điện tích hạt, và - Góc Weinberg.

Sự cần thiết phải tồn tại của 4 trường vectơ của boson trung gian W + , W -, Z 0 và photon MỘT có thể được giải thích tiếp theo. đường. Như đã biết, ở el-magn. tương tác điện tính phí lượt chơi vai trò kép: một mặt, nó là đại lượng được bảo toàn, mặt khác, nó là nguồn el-magn. trường tương tác giữa các hạt tích điện (hằng số tương tác đ). Đây là vai trò của điện. điện tích được cung cấp bởi một máy đo, trong thực tế là các phương trình của lý thuyết không thay đổi khi hàm sóng của các hạt tích điện được nhân với hệ số pha tùy ý tùy thuộc vào điểm không-thời gian [cục bộ đối xứng U(1)], đồng thời el-magn. trường, là trường đo, trải qua một sự biến đổi. Chuyển đổi nhóm cục bộ U(1) với một loại điện tích và một trường đo giao thoa với nhau (nhóm như vậy được gọi là Abelian). Thuộc tính được chỉ định là điện. điện tích đóng vai trò là điểm khởi đầu cho việc xây dựng các lý thuyết và các loại tương tác khác. Trong các lý thuyết này, các đại lượng được bảo toàn (ví dụ, spin đồng vị) đồng thời là nguồn của các trường đo nhất định truyền tải tương tác giữa các hạt. Trong trường hợp một số các loại “điện tích” (ví dụ, các hình chiếu khác nhau của spin đồng vị), khi tách biệt. các phép biến đổi không giao hoán với nhau (một nhóm các phép biến đổi không phải Abelian), hóa ra cần phải đưa vào một số phép biến đổi. trường đo. (Các bội trường đo tương ứng với các đối xứng phi Abel cục bộ được gọi là Cánh đồng Young-Mills.) Đặc biệt, do đó đồng vị. quay [mà nhóm địa phương phản hồi SU(2)] hoạt động như một hằng số tương tác, nên cần có ba trường đo có điện tích 1 và 0. Vì ở thế kỷ S.. dòng điện tích của các cặp hạt có liên quan v.v., thì người ta tin rằng những cặp này là cặp đôi của nhóm spin đồng vị yếu, tức là nhóm SU(2). Tính bất biến của lý thuyết dưới các phép biến đổi nhóm địa phương S.U.(2) yêu cầu, như đã lưu ý, sự tồn tại của bộ ba trường chuẩn không khối lượng W+, W - , W 0, nguồn của nó là spin đồng vị yếu (hằng số tương tác g). Bằng cách tương tự với sự tương tác mạnh mẽ, trong đó tăng áp Y các hạt có trong đồng vị. bội số, được xác định bởi f-loy Q = tôi 3 + Y/2(Ở đâu tôi 3- phép chiếu isospin thứ ba, a Q- điện điện tích), cùng với một spin đồng vị yếu, một siêu tích điện yếu sẽ được đưa vào. Sau đó tiết kiệm điện. điện tích và spin đồng vị yếu tương ứng với sự bảo toàn siêu điện tích yếu [nhóm [ bạn(1)]. Siêu tích yếu là nguồn của trường đo trung tính B 0(hằng số tương tác g"). Hai sự chồng chất tuyến tính trực giao lẫn nhau của trường B° Và W° mô tả trường photon MỘT và trường Z-boson:

Ở đâu . Chính độ lớn của góc quyết định cấu trúc của dòng trung tính. Nó cũng xác định mối quan hệ giữa hằng số g, đặc trưng cho sự tương tác của boson với dòng điện yếu và hằng số e, mô tả sự tương tác của một photon với điện. điện giật:

Để S. có bản chất tầm ngắn, các boson trung gian phải có khối lượng lớn, trong khi lượng tử của các trường đo ban đầu - - không có khối lượng. Theo lý thuyết tiêu chuẩn, sự xuất hiện khối lượng trong các boson trung gian xảy ra khi Phá vỡ đối xứng tự phát SU(2) X U(1)ĐẾN bạn(1) em. Hơn nữa, một trong những sự chồng chất của trường B 0 Và W 0- photon ( MỘT) vẫn không có khối lượng, các boson a- và Z thu được khối lượng:

Hãy thử nghiệm. dữ liệu về dòng trung tính đã được đưa ra . Khối lượng dự kiến tương ứng với điều này W- và Z-boson tương ứng, và

Để phát hiện W- và Z-boson được tạo ra một cách đặc biệt. các hệ thống lắp đặt trong đó các boson này được sinh ra trong sự va chạm của các chùm năng lượng cao va chạm nhau. Việc lắp đặt đầu tiên đi vào hoạt động vào năm 1981 tại CERN. Năm 1983, xuất hiện các báo cáo về việc phát hiện những trường hợp sản xuất boson vectơ trung gian đầu tiên tại CERN. Dữ liệu sinh được công bố năm 1989 W- Và Z-boson tại máy va chạm proton-phản proton của Mỹ - Tevatron, tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Fermi (FNAL). K con. thập niên 1980 số đầy đủ W- và các boson Z được quan sát thấy tại các máy va chạm proton-phản proton tại CERN và FNAL được đánh số lên tới hàng trăm.

Năm 1989, máy va chạm electron-positroin LEP tại CERN và SLC tại Trung tâm Máy gia tốc Tuyến tính Stanford (SLAC) bắt đầu hoạt động. Công việc của LEP đặc biệt thành công, vào đầu năm 1991, hơn nửa triệu trường hợp tạo ra và phân rã của boson Z đã được ghi nhận. Nghiên cứu về phân rã Z-boson đã chỉ ra rằng không có neutrino nào khác, ngoại trừ những neutrino đã biết trước đây, tồn tại trong tự nhiên. VỚI độ chính xác cao Khối lượng của Z-boson được đo: t z = 91,173 0,020 GeV (khối lượng của boson W được biết đến với độ chính xác kém hơn đáng kể: tôi w= 80,220,26 GeV). Nghiên cứu tính chất W- và các boson Z đã xác nhận tính đúng đắn của ý tưởng cơ bản (máy đo) của lý thuyết tiêu chuẩn về tương tác điện yếu. Tuy nhiên, để kiểm tra lý thuyết trong đầy đủ Cũng cần nghiên cứu thực nghiệm cơ chế phá vỡ đối xứng tự phát. Trong lý thuyết chuẩn, nguồn gốc của sự phá vỡ đối xứng tự phát là một trường vô hướng isodoublet đặc biệt có một giá trị cụ thể tự hành động , trong đó là hằng số không thứ nguyên và hằng số h có thứ nguyên là khối lượng . Năng lượng tương tác tối thiểu đạt được ở mức năng lượng thấp nhất. trạng thái - chân không - chứa giá trị trường chân không khác không. Nếu cơ chế phá vỡ đối xứng này thực sự xảy ra trong tự nhiên, thì phải có boson vô hướng cơ bản - cái gọi là boson này. boson Higgs(Lượng tử trường Higgs). Lý thuyết chuẩn dự đoán sự tồn tại của ít nhất một boson vô hướng (nó phải trung hòa). Trong các phiên bản phức tạp hơn của lý thuyết có một số. những hạt như vậy, và một số trong chúng mang điện tích (điều này là có thể). Không giống như các boson trung gian, khối lượng của boson Higgs không được dự đoán bằng lý thuyết.

Lý thuyết chuẩn của tương tác điện yếu có thể tái chuẩn hóa: điều này đặc biệt có nghĩa là biên độ của tương tác yếu và tương tác điện từ. các quá trình có thể được tính toán bằng lý thuyết nhiễu loạn, và độ hiệu chỉnh cao hơn là nhỏ, như trong lượng tử thông thường (xem phần 2). Khả năng tái chuẩn hóa(Ngược lại, lý thuyết bốn fermion về tốc độ thay đổi là không thể tái chuẩn hóa và không phải là một lý thuyết nhất quán nội tại.)

Có lý thuyết mô hình Đại thống nhất, trong đó với tư cách là một nhóm tương tác điện yếu và nhóm SU(3)tương tác mạnh là các nhóm con của một nhóm duy nhất, được đặc trưng bởi hằng số tương tác chuẩn duy nhất. Trong nhiều quỹ hơn. mô hình, những tương tác này được kết hợp với các tương tác hấp dẫn (cái gọi là sự siêu thống nhất).

Lít.: Trong Ts S., Moshkovsky S. A., phân rã Beta, trans. từ tiếng Anh, M., 1970; Weinberg S., Lý thuyết thống nhất tương tác của các hạt cơ bản, trans. từ tiếng Anh, UFN, 1976, tập 118, v. 3, tr. 505; Taylor J., Lý thuyết đo lường về tương tác yếu, trans. từ tiếng Anh, M., 1978; Trên đường đi đến một lý thuyết trường thống nhất. Đã ngồi. nghệ thuật, bản dịch, M., 1980; Okun L. B., Lepton và quark, tái bản lần thứ 2, M., 1990. L. B. Okun.

Thời gian như dòng sông mang theo những sự việc trôi qua, dòng nước chảy xiết; Ngay khi một thứ gì đó xuất hiện trước mắt bạn, nó đã bị mang đi và bạn có thể thấy một thứ khác cũng sẽ sớm bị mang đi.
Marcus Aurelius
Mỗi người trong chúng ta cố gắng tạo ra một bức tranh tổng thể về thế giới, bao gồm cả bức tranh về Vũ trụ, từ những hạt hạ nguyên tử nhỏ nhất đến quy mô lớn nhất. Nhưng các định luật vật lý đôi khi kỳ lạ và phản trực giác đến mức nhiệm vụ này có thể trở nên quá sức đối với những người chưa trở thành nhà vật lý lý thuyết chuyên nghiệp.
Một độc giả hỏi:
Mặc dù đây không phải là thiên văn học nhưng có lẽ bạn có thể cho tôi một gợi ý. Lực mạnh được truyền bởi gluon và liên kết các quark và gluon lại với nhau. Điện từ được mang bởi các photon và liên kết các hạt tích điện. Lực hấp dẫn được cho là do graviton mang theo và liên kết tất cả các hạt với khối lượng. Điểm yếu được mang bởi các hạt W và Z, và... có liên quan đến sự phân rã? Tại sao lực yếu được mô tả theo cách này? Lực yếu có phải là nguyên nhân gây ra lực hút và/hoặc lực đẩy của bất kỳ hạt nào không? Và cái nào? Và nếu không, tại sao nó là một trong những tương tác cơ bản nếu nó không liên kết với bất kỳ lực nào? Cảm ơn.

Chúng ta hãy tìm hiểu những điều cơ bản. Có bốn lực cơ bản trong vũ trụ - lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu.

Và tất cả điều này là sự tương tác, lực lượng. Đối với các hạt có thể đo được trạng thái, tác dụng của lực sẽ làm thay đổi mômen của nó - trong cuộc sống bình thường, trong những trường hợp như vậy chúng ta nói về gia tốc. Và đối với ba lực lượng này thì điều này đúng.
Trong trường hợp lực hấp dẫn, tổng năng lượng (chủ yếu là khối lượng, nhưng bao gồm tất cả năng lượng) làm cong không thời gian, và chuyển động của tất cả các hạt khác thay đổi khi có sự hiện diện của mọi thứ có năng lượng. Đây là cách nó hoạt động trong lý thuyết hấp dẫn cổ điển (phi lượng tử). Có lẽ có một lý thuyết tổng quát hơn, lực hấp dẫn lượng tử, trong đó các graviton được trao đổi, dẫn đến cái mà chúng ta quan sát được là tương tác hấp dẫn.
Trước khi bạn tiếp tục, hãy hiểu:
Các hạt có một đặc tính, hoặc cái gì đó vốn có của chúng, cho phép chúng cảm nhận (hoặc không cảm nhận) một loại lực nhất định

Các hạt khác mang tương tác tương tác với các hạt đầu tiên

Kết quả của sự tương tác là các hạt thay đổi mômen hoặc gia tốc

Trong điện từ, tính chất chính là điện tích. Không giống như trọng lực, nó có thể dương hoặc âm. Một photon, một hạt mang lực liên quan đến điện tích, gây ra các điện tích cùng loại đẩy nhau và các điện tích khác nhau hút nhau.
Điều đáng chú ý là các điện tích chuyển động, hay dòng điện, chịu một biểu hiện khác của điện từ - từ tính. Điều tương tự cũng xảy ra với lực hấp dẫn, và nó được gọi là từ trường hấp dẫn (hay điện từ hấp dẫn). Chúng ta sẽ không đi sâu hơn - vấn đề là không chỉ có điện tích và chất mang lực mà còn có dòng điện.
Ngoài ra còn có tương tác hạt nhân mạnh, có ba loại điện tích. Mặc dù tất cả các hạt đều có năng lượng và đều chịu lực hấp dẫn, và mặc dù quark, nhưng một nửa số lepton và một cặp boson đều chứa điện tích - chỉ có quark và gluon mới có điện tích màu và có thể chịu lực hạt nhân mạnh.
Có rất nhiều khối lượng ở khắp mọi nơi nên rất dễ quan sát được trọng lực. Và vì lực mạnh và điện từ khá mạnh nên chúng cũng dễ dàng quan sát được.
Nhưng còn cái sau thì sao? Tương tác yếu?
Chúng ta thường nói về nó trong bối cảnh phân rã phóng xạ. Một quark nặng hoặc lepton phân rã thành những hạt nhẹ hơn và ổn định hơn. Đúng, tương tác yếu có liên quan đến điều này. Nhưng trong ví dụ này, nó có phần khác biệt so với các lực khác.
Hóa ra tương tác yếu cũng là một lực, chỉ là điều này không thường được nhắc đến. Cô ấy yếu đuối! Yếu hơn 10.000.000 lần so với điện từ trong khoảng cách bằng đường kính của proton.
Một hạt tích điện luôn mang điện tích, bất kể nó có chuyển động hay không. Nhưng dòng điện do nó tạo ra phụ thuộc vào chuyển động của nó so với các hạt khác. Dòng điện xác định từ tính, nó cũng quan trọng như phần điện của điện từ. Các hạt hợp chất như proton và neutron có mômen từ đáng kể, giống như electron.
Quark và lepton có sáu loại. Quark - trên, dưới, lạ, quyến rũ, quyến rũ, chân thực (theo ký hiệu các chữ cái của chúng trong tiếng Latin u, d, s, c, t, b - lên, xuống, lạ, quyến rũ, trên, dưới). Lepton - electron, electron-neutrino, muon, muon-neutrino, tau, tau-neutrino. Mỗi người trong số họ có một điện tích, nhưng cũng có một mùi hương. Nếu chúng ta kết hợp điện từ và lực yếu để có được lực điện yếu, thì mỗi hạt sẽ có điện tích yếu nào đó, hay dòng điện yếu và hằng số lực yếu. Tất cả điều này được mô tả trong Mô hình Chuẩn, nhưng khá khó để kiểm tra nó vì lực điện từ quá mạnh.
Trong một thí nghiệm mới, kết quả được công bố gần đây, lần đầu tiên sự đóng góp của tương tác yếu đã được đo lường. Thí nghiệm cho phép xác định tương tác yếu của quark up và down
Và các điện tích yếu của proton và neutron. Dự đoán của Mô hình Chuẩn về điện tích yếu là:
QW(p) = 0,0710 ± 0,0007,
QW(n) = -0,9890 ± 0,0007.
Và dựa trên kết quả tán xạ, thí nghiệm đã tạo ra các giá trị sau:
QW(p) = 0,063 ± 0,012,
QW(n) = -0,975 ± 0,010.
Điều này rất trùng khớp với lý thuyết, có tính đến lỗi. Các nhà thí nghiệm nói rằng bằng cách xử lý nhiều dữ liệu hơn, họ sẽ giảm được sai sót hơn nữa. Và nếu có bất kỳ sự bất ngờ hoặc khác biệt nào so với Mô hình Chuẩn, điều đó sẽ rất tuyệt! Nhưng không có gì chỉ ra điều này:
Do đó, các hạt có điện tích yếu, nhưng chúng ta không nói về nó vì nó khó đo lường một cách phi thực tế. Nhưng dù sao thì chúng tôi cũng đã làm điều đó và có vẻ như chúng tôi đã xác nhận lại Mô hình Chuẩn.