Промежуточный бозон. Значение промежуточные векторные бозоны в большом энциклопедическом словаре

💖 Нравится? Поделись с друзьями ссылкой

Электромагнитное взаимодействие и сильное взаимодействие можно описать с помощью обмена квантами соответствующих полей - фотонами (γ-квантами) и глюонами. Фотоны и глюоны являются калибровочными бозонами электромагнитного и сильного полей.
Слабое взаимодействие также обусловлено обменом тяжелыми заряженными бозонами W + и W − и нейтральным бозоном Z со спином 1. Распад нейтрона

n → p + e − + e

Диаграмма распада d-кварка

на кварковом уровне выглядит как бы проходящим в два этапа. На первом этапе происходит превращение d-кварка в u-кварк и W − -бозон

на втором W - -бозон распадается, превращаясь в электрон и антинейтрино

W − → e − + e .

В стандартной модели, развитой в работах С. Вайнберга, А. Салама и Ш. Глэшоу , W − , W + , Z 0 -бозоны и
-квант являются квантами единого электрослабого поля. Стандартная модель, объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействия, предсказывает связь между константами электромагнитного и слабого взаимодействий и соотношение между массами заряженных и нейтральных бозонов:

, ,

где W - угол Вайнберга. Извлеченная из экспериментов величина sin 2 W = 0.23.
Полученные экспериментально значения масс бозонов (m эксп (W ±) = (80.419 + 0.056) ГэВ, m эксп (Z) = (91.1882 + 0.0022) ГэВ) находились в очень хорошем согласии со стандартной теорией.(Между открытием нейтральных токов и наблюдением векторных бозонов прошло 10 лет.)
По аналогии с сильным взаимодействием члены одного семейства, порождаемые W − или W + -бозоном объединяются в слабые левоспиральные изоспиновые дублеты

со слабым изоспином T = 1/2, которым приписываются значения T 3 = +1/2 ( e ,u) и T 3 = -1/2 (e,d). У антифермионов проекции слабого изоспина имеют противоположные знаки.
Слабые взаимодействия с изменением заряда (заряженные токи) описываются состояниями |T = 1, T 3 = +1> и |T = 1, T 3 = -1>. Они происходят с испусканием или поглощением W − или W + -бозонов. Слабые процессы с участием Z-бозона были названы процессами с нейтральными слабыми токами.
В стандартной модели лептоны и кварки группируются в левоспиральные дублеты - поколения.

1 поколение 2 поколение 3 поколение

Заряженные токи в лептонных процессах получаются при движении по столбцам. Заряженные токи в процессах с кварками возможны не только при движении по столбцам, но и между поколениями, т.е. слабое взаимодействие смешивает кварки. Изменения аромата кварков происходит только с помощью заряженных токов. Нейтральные токи аромата кварков не изменяют.

W ± , Z - искали в реакциях столкновения протонов и антипротонов

Энергии встречных пучков 2*270 Гэв.
W ± , Z-бозоны образуются в результате взаимодействия одного из кварков протона с антикварком антипротона

u + → W + u + → Z
+ d → W − d + → Z

Полное сечение взаимодействия протонов с антипротонами при энергии сталкивающихся частиц 2·270 Гэв составляет почти 60 мбарн. В то время как сечение реакции (1) составляет 10 -8 от полного сечения. То есть W ± бозоны нужно было обнаруживать на фоне -10 -8 посторонних частиц.
Для надёжного выделения W ± , Z бозонов на уровне такого высокого фона адронов было использовано то обстоятельство, что W ± , Z бозоны могут распадаться с испусканием лептонов. Тогда событие (1) можно идентифицировать следующим образом. В точке взаимодействия p в направлении перпендикулярном пучку должны вылетать электроны, имеющие энергию > 15 Гэв.
Восстановление полной кинематики событий позволило определить массу W ± бозона
Современные значения характеристик W ± , Z бозонов приведены в таблице.

Тип
частиц
Электри-
ческий
заряд
Масса,
Гэв
Ширина, Гэв Моды распада %
W ± +1(-1) 80.419 + 0.056 2.12 + 0.05

e + ν 10.7 %
μ + ν 10.5 %
τ + ν 10.4 %
адроны 68.5 %

Бурное развитие физики элементарных частиц последних лет существенно изменило наши представления не только об адронах, но и о лептонах, т. е. частицах, обладающих только слабым и электромагнитным (заряженные лептоны) взаимодействиями. Помимо двух пар лептонов, известных ранее (электроны и электронные нейтрино и мюоны и мюонные нейтрино - см. §§ 231, 233, 234), был открыт еще один тяжелый заряженный лептон, получивший название тау-лептона (). Вместе с т-лептоном, по-видимому, должно существовать еще одно нейтрино- так называемое тау-нейтрино (). Правда, это последнее пока еще не наблюдалось в прямых экспериментах Тау-нейтрино могут появляться, например, при распаде тау-лептонов или вылетать вместе с тау-лептонами в распадах более тяжелых частиц.

У каждого лептона существует соответствующая античастица - антилептон. Многочисленные опыты показали, что вплоть до расстояний порядка лептоны и анти-лептоны ведут себя как элементарные «точечные» объекты. Именно лептоны вместе с кварками и представляют собой, как сегодня думают, истинно элементарные, или фундаментальные частицы (см. табл. 14).

Все процессы образования и распада лептонов (о некоторых из них говорилось раньше - см. § 233) могут быть объяснены, если считать, что у лептонов также есть определенные сохраняющиеся квантовые числа, называемые «лептонными зарядами» и напоминающие барионный заряд.

Сейчас известно три типа таких лептонных зарядов - электронный (), мюонный () и тау-лептонный ():

1) у электронов и электронных нейтрино , электронный лептонный заряд , у их античастиц , у всех других частиц ;

2) у мюонов и мюонных нейтрино мюонный лептонный заряд равен , у соответствующих антилептонов , у всех остальных частиц ;

3) у тау-лептона и тау-нейтрино ; у антитау-лептонов ; у всех других частиц .

Во всех исследованных до сих пор процессах все три лептонных заряда сохраняются. В качестве упражнения читателям предлагается с помощью представления о сохраняющихся лептонных зарядах показать, что распады (233.1), (233.2) и реакции (233.3), (233.4) могут происходить в природе, а такие процессы, как , оказываются запрещенными. Действительно, эти и другие переходы, нарушающие законы сохранения лептонных зарядов, никогда не наблюдались ни в одном из многочисленных поисковых экспериментов. Барионные заряды и кварковые ароматы у лептонов отсутствуют, т. е. соответствующие квантовые числа равны нулю. Это связано с тем, что лептоны вообще не участвуют в сильных взаимодействиях.

В табл. 14 мы поместили те частицы, которые сегодня считаются истинно элементарными. Адроны в нее не входят, так как их сложное внутреннее строение установлено вполне надежно, и доказано, что именно кварки, «склеенные» обменом глюонов, являются теми структурными элементами, из которых состоят адроны. Однако эту таблицу надо дополнить еще другими элементарными частицами. Это прежде всего фотоны - кванты электромагнитного поля, которые осуществляют электромагнитные взаимодействия между заряженными частицами. Сюда же мы поместили глюоны, осуществляющие взаимодействия между кварками и вместе с кварками осужденные к «пожизненному заключению» внутри адронов.

Очень важную роль в физике элементарных частиц играют и слабые взаимодействия. Как уже отмечалось, это единственное взаимодействие в природе, которое может менять индивидуальность фундаментальных частиц - лептонов и кварков - и вызывать взаимное превращение между такими частицами (подчиняясь, однако, при этом законам сохранения барионного и лептонных зарядов). Давно уже обсуждался вопрос о том, каков же механизм действия слабых сил. Высказывались предположения, что эти силы обусловлены обменом особыми квантами поля слабых взаимодействий, которые получили название промежуточных бозонов. В отличие от глюонов, промежуточные бозоны, как и фотоны, должны существовать в свободном состоянии. Теория позволила предсказать существование трех таких промежуточных бозонов: - и -частиц. И вот, наконец, в 1982-1983 гг. промежуточные бозоны были обнаружены, и это открытие явилось настоящей сенсацией.

Промежуточные бозоны были зарегистрированы в сложнейших опытах на ускорителе-накопителе со встречными протон-антипротонными пучками, при энергии каждого из сталкивающихся пучков (сейчас эта энергия увеличена уже до ). Это самая высокая энергия, полученная искусственным путем. Общий вид одной из двух огромных установок, на которых было сделано это замечательное открытие, показан на рис. 422, а на рис. 425 приведен снимок с дисплея ЭВМ, на котором зарегистрировано событие образования и распада промежуточного -бозона.

Массы промежуточных бозонов оказались очень большими - они почти в 100 раз превышают массы нуклонов (см. табл. 14). Это - самые тяжелые частицы, созданные в лаборатории.

Открытие промежуточных бозонов завершило очень важный цикл исследований, который показал, что слабые и электромагнитные силы, несмотря на свое кажущееся различие, тесно связаны между собой и по существу оказываются проявлениями одного и того же взаимодействия, получившего название электрослабого. В настоящее время предпринимаются усиленные попытки установить связи между электрослабым взаимодействием и сильным, а в дальнейшем даже попытаться понять единую природу всех четырех типов сил, которые существуют в природе - сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных.

Рис. 425. Образование и распад промежуточных бозонов. Показан снимок с дисплея ЭВМ, на которой обрабатывались события, зарегистрированные на установке (рис. 422). Пучки протонов и антипротонов направлены по оси цилиндрической газоразрядной камеры установки, схематически изображенной на дисплее. Показано событие -взаимодействия, в котором образуется тяжелый промежуточный бозон . На снимке зарегистрировано событие (другие частицы). Наблюдается распад : мюон - это почти поперечный трек с большим импульсом. Нейтрино вылетает в противоположном направлении. Оно не может наблюдаться непосредственно, но идентифицируется по кинематике события, так как уносит большой импульс.

Представление о единстве сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий вступает в противоречие с разделением фундаментальных частиц на кварки, обладающие сильными взаимодействиями, и лептоны, которые такими взаимодействиями не обладают. О некоторой общности кварков и лептонов, возможно, говорит их разбиение на группы, имеющие сходную структуру. Как видно из табл. 14, можно говорить о трех таких группах, или, как их называют, поколениях, фундаментальных частиц: легкие -, -кварки и легкие лептоны , , образуют первое такое поколение; более тяжелые и -кварки вместе с мюонами и мюонными нейтрино составляют второе поколение; и, наконец, самые тяжелые кварки ( и ) и лептоны () входят в состав третьего поколения. По-видимому, должны существовать какие-то процессы, в которых кварки переходят в лептоны, а различные типы лептонов () также испытывают взаимные превращения. Поиски таких явлений, в которых, хотя и с очень малой вероятностью, но все же имеет место несохранение барионного и лептонных зарядов, представляют огромный интерес для современной науки. Например, сейчас во многих лабораториях мира интенсивно ведутся поиски распадов протонов на более легкие частицы ( и т. д.). Из-за большой массы протона в таких распадах должна выделяться значительная энергия.

Поиски распада протонов проводятся на сложных установках с большими «чувствительными объемами» вещества. Термин «чувствительный объем» означает, что если какой-нибудь нуклон в этом объеме распадается на легкие частицы, то такой распад будет зарегистрирован. Чувствительные объемы существующих и строящихся сейчас установок содержат в себе нуклонов, а экспозиции на этих установках длятся годами. Для защиты от космического излучения установки располагаются в подземных лабораториях на большой глубине. Пока не удалось надежно зарегистрировать распад протона. Несколько найденных событий - «кандидатов в протонные распады» - могут быть объяснены фоновыми процессами. В этих опытах установлено, что протон, если даже он и не является абсолютно стабильным, имеет огромное время жизни лет. Это означает, например, что в человеке за всю его жизнь с большой вероятностью не распадается ни один протон. Масштаб жизни протона оказывается огромным даже по сравнению с временем жизни Вселенной ( лет).

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ

Группа векторных тяжёлых ч-ц, переносящих слабое взаимодействие, в к-рую входят две заряженные ч-цы (W+, W-) с массой =80 ГэВ и одна нейтральная (Z°) с массой =90 ГэВ. Открыты в 1983 в ЦЕРНе. (см. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ).

  • - Организмы, у которых на развитие признаков влияют оба родителя; они занимают промежуточное положение между родительской парой...

    Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

  • - гипотетич. бесспиновые частицы, обеспечивающие механизм спонтанного нарушения калибровочной симметрии состояний физ. системы...

    Физическая энциклопедия

  • - частицы или квазичастицы с целым спином подчиняющиеся Бозе-Эйнштейна статистике...

    Начала современного Естествознания

  • - формируют соединительную ткань между другими тканями или группами клеток...

    Научно-технический энциклопедический словарь

  • - деревянные или металл. решетчатые конструкции, служащие для подвеса проводов контактной цепной подвески между анкерными опорами...

    Технический железнодорожный словарь

  • - частицы W+, Z0 с массами порядка 80 и 90 ГэВ, за счёт обмена которыми осуществляется слабое взаимодействие. Экспериментально открыты в 1983...

    Естествознание. Энциклопедический словарь

  • - Г., расположенные на межузловых ветвях симпатического ствола в шейном и поясничном отделах, реже в грудном и крестцовом отделах; дают волокна к сосудам и органам соответствующих областей...

    Большой медицинский словарь

  • - - изображение объекта на плоскости c помощью параллельных векторов, величина к-рых пропорциональна их расстоянию от точек объекта до плоскости проецирования...

    Геологическая энциклопедия

  • - петрохим. диаграммы, состав и положение г. п. в пределах которых устанавливаются не только положением соответствующей точки, но и направлением и величиной вектора...

    Геологическая энциклопедия

  • - зависящие от направления в отличие от скалярных, не зависящих от направления. С. к. в. одинаковые в противоположных направлениях называются бивекториальными, различные - моновекториальными...

    Геологическая энциклопедия

  • - продукты, товары, которые полностью потребляются в производстве конечных товаров и услуг...

    Словарь бизнес терминов

  • - товары, которые полностью потребляются в производстве конечных товаров и услуг...

    Большой экономический словарь

  • - частицы W, Z0 с массами порядка 80 и 90 ГэВ - переносчики слабого взаимодействия. Экспериментально открыты в 1983...

    Большой энциклопедический словарь

  • - Тип семантических фразеологических антонимов, обозначающих противоположные, разнонаправленные действия, признаки. Например: не забывать дороги куда-либо – забывать дорогу куда-либо...

    Термины и понятия лингвистики: Лексика. Лексикология. Фразеология. Лексикография

  • - Тип семантических фразеологических антонимов, обозначающих противоположные, разнонаправленные действия, признаки. Например: не забывать дороги куда-либо - забывать дорогу куда-либо...

    Словарь лингвистических терминов Т.В. Жеребило

"ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ" в книгах

I. Промежуточные этапы

Из книги Можно верить в людей… Записные книжки хорошего человека автора Сент-Экзюпери Антуан де

I. Промежуточные этапы Многие современники рассказывали об этой краткой, но полной событий жизни. Вначале был Антуан де Сент-Экзюпери, «сильный, веселый, открытый» мальчуган, который в двенадцать лет уже изобретал аэроплан-велосипед и заявил, что он взлетит в небо под

Промежуточные блюда

Из книги Лучшие блюда для праздничного стола. Просто, дешево, красиво, вкусно автора Звонарева Агафья Тихоновна

Промежуточные цели

Из книги Теория ограничений Голдратта. Системный подход к непрерывному совершенствованию автора Детмер Уильям

Промежуточные цели В ходе выполнения главной задачи нам предстоит сделать ряд шагов, пройти несколько этапов, и каждый из них – промежуточная

Год рождения и векторные пары

Из книги Астрология любви и отношений. Дата рождения подскажет, как встретить свою половину и создать крепкую семью автора Соляник Катерина

Год рождения и векторные пары Конечно, восточная астрология намного сложнее, чем те гороскопы по знакам зодиака восточного календаря, которые широко известны. Однако даже эти двенадцать характеристик могут на первом этапе прояснить ситуацию с перспективой построения

40. Промежуточные чакры

Из книги Пранаяма. Путь к тайнам йоги автора Лисбет Андрэ ван

Промежуточные тела

Из книги Жизнь души в теле автора Шереметева Галина Борисовна

Промежуточные тела Опыт путешественников в прошлые жизниНарушение единства с миром, потеря ряда качеств и деформация матрицы могут создать условия для того, чтобы душа провела промежуточную жизнь в теле растения или животного. Очень редко она может получать тело

Векторные заповеди

Из книги Практический курс Григория Кваши. Структурный гороскоп автора Кваша Григорий Семенович

Векторные заповеди 1. Для одних векторный брак - очевидное доказательство божественного вмешательства в нашу жизнь, для других - столь же очевидное следствие дьявольских козней. Отсюда главная заповедь: вступая в векторный брак, не надейтесь остаться в тени. Векторный

5.6. Промежуточные состояния

Из книги Каббала. Высший мир. Начало пути автора Лайтман Михаэль

5.6. Промежуточные состояния В духовном мире между четырьмя основными состояниями (неживое, растительное, животное и человеческое) существуют промежуточные. Имеется некоторый набор элементов, порядок которых определяет передачу информации. В животной природе – это

1. Скалярные, векторные и тензорные поля

Из книги Гравитация [От хрустальных сфер до кротовых нор] автора Петров Александр Николаевич

1. Скалярные, векторные и тензорные поля В основном тексте и далее в Дополнениях мы используем понятия скалярного, векторного и тензорного полей. Чтобы не было дискомфорта при встрече с этими терминами, дадим некоторые пояснения. Лучше начать с вектора. В обычном 3-мерном

3. Фермионы и бозоны

Из книги Пять нерешенных проблем науки автора Уиггинс Артур

3. Фермионы и бозоны Все частицы, составляющие Вселенную, распадаются на две группы: фермионы и бозоны. Подобное различение ввели аспиранты Лейденского университета (Голландия) Сэмюэль Гаудсмит и Джордж Уленбек. Гаудсмит, больше занятый исследованиями, заметил

Промежуточные выводы

Из книги Убийцы Сталина. Главная тайна XX века автора Мухин Юрий Игнатьевич

Промежуточные выводы Что нам отсюда необходимо вычленить и запомнить? во-первых, среди элиты ВКП(б) созрел какойто заговор, причем не просто «мирной оппозиции» или людей, «недовольных политикой Сталина», а заговор людей злобных и решительных, способных на убийство кого

Промежуточные итоги

Из книги Вторая мировая война автора Уткин Анатолий Иванович

Промежуточные итоги Германские войска подошли на расстояние менее ста километров от столицы Советского Союза. Под их владычеством уже была территория, на которой проживали 65 миллионов жителей СССР. В немецких лагерях уже были три миллиона советских пленных. Полковник

Б.3. Векторные чтение и запись

Из книги Программирование для Linux. Профессиональный подход автора Митчелл Марк

4.6.5 Векторные Параметры

Из книги C++ автора Хилл Мюррей

4.6.5 Векторные Параметры Если в качестве параметра функции используется вектор, то передается указатель на его первый элемент. Например:int strlen(const char*);void f() (* char v = «a vector» strlen(v); strlen(«Nicholas»); *);Иначе говоря, при передаче как параметр параметр типа T преобразуется к T*.

6.1.10. Создаем векторные изображения

Из книги Самоучитель работы на Macintosh автора Скрылина Софья

6.1.10. Создаем векторные изображения Для выполнения задания нам понадобится материал разд. 5.1.10 и 5.1.11.Задание № 1Нарисовать дом, используя инструменты векторной графики, взяв за образец рис. 6.10. Задание находится на первой странице документа в файле: /pages/tasks/6.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ

- векторные частицы, за счёт обмена к-рыми осуществляется слабое взаимодействие. Они наз. "промежуточными" по историч. причинам, поскольку их существование было предсказано теоретически задолго до их прямого обнаружения как реальных частиц (1983), а именно, локальное четырёхфермионное между заряженными токами и нейтральными тиками представлялось как результат "промежуточного" обмена виртуальными частицами [на рис. в ка-

честве примера показано, как указанный обмен осуществляется в рассеянии на электроне

]. Эти бозоны являются промежуточными в том же смысле, что и (g) в рассеянии заряж. частиц. Обмен векторными бозонами (электрич. соответственно + е и - е), (электрич. заряд 0) и g осуществляет связь между токами в единой теории электрослабого взаимодействия, основанной на группе симметрии SU (2)xU (l). В этой теории массы (массы


и равны) и -бозонов вычисляются теоретически и выражаются через константу Ферми и Вайнберга угол :


где a=1/137 - постоянная тонкой структуры. Угол Вайнберга и массы измеряются в независимых

экспериментах, поэтому справедливость приведённых соотношений с процентной погрешностью служит очень важным аргументом в пользу теории электрослабого взаимодействия.

Масса () и ширина заряж. W-бозона равны соответственно 80,60,4 ГэВ и 2,250,14 ГэВ, и ширина нейтрального -бозона равны 91,1610,031 ГэВ и 2,5340,027 ГэВ. Заряж. W-бозон в 70% случаев распадается в адронные , в 30% - в лептонные состояния , и (относительная вероятность каждой лептонной равна 10%). Z°-бозон распадается в адронные состояния в 71% случаев, его лептонные моды распада и их относительные равны соответственно: (3,2%), (3,36%), (3,33%) и

(19,2%). М. В. Терентъев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .


Смотреть что такое "ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ" в других словарях:

    Частицы W, Z0 с массами порядка 80 и 90 ГэВ переносчики слабого взаимодействия. Экспериментально открыты в 1983 … Большой Энциклопедический словарь

    Частицы W±, Z0 с массами порядка 80 и 90 ГэВ, за счёт обмена которыми осуществляется слабое взаимодействие. Экспериментально открыты в 1983. * * * ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ, частицы W, Z0 с массами порядка 80 и … Энциклопедический словарь

    Частицы W+, Z0 с массами порядка 80 и 90 ГэВ, за счёт обмена которыми осуществляется слабое взаимодействие. Экспериментально открыты в 1983 … Естествознание. Энциклопедический словарь

    промежуточные векторные бозоны - Частицы со спином 1, осуществляющие слабое взаимодействие … Политехнический терминологический толковый словарь

    Введение. Э. ч. в точном значении этого термина первичные, далее неразложимые ч цы, из к рых, по предположению, состоит вся материя. В совр. физике термин «Э. ч.» обычно употребляется не в своём точном значении, а менее строго для наименования… … Физическая энциклопедия

    Состав материи невероятно прост. Вся видимая материя во Вселенной на Земле и в космосе состоит из фундаментальных частиц трех разных видов: электронов и двух типов кварков. Эти три частицы (как и другие описываемые ниже) взаимно притягиваются и… … Энциклопедия Кольера

    Общее назв. класса внутр. симметрии ур ний теории поля (т. е. симметрии, связанных со св вами элем. ч ц, а не со св вами пространства времени), характеризуемых параметрами, зависящими от точки пространства времени (r, t). В физике принято… … Физическая энциклопедия

    - (КТП), релятивистская квант. теория физ. систем с бесконечным числом степеней свободы. Пример такой системы эл. магн. поле, для полного описания к рого в любой момент времени требуется задание напряжённостей электрич. и магн. полей в каждой точке … Физическая энциклопедия

    Объединённая калибровочная теория эл. магн. и слабого вз ствий. (см. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия

    - (Ферми Бозе симметрия), симметрия, связывающая поля, кванты к рых обладают целочисл. спином (явл. бозонами), с полями, кванты к рых имеют полуцелый спин (явл. фермионами). Поля, преобразующиеся при преобразованиях С. друг через друга, образуют… … Физическая энциклопедия

W − , Z имеют

Промежуточные бозоны

Промежуточные бозоны W + ,

слабый заряд − источник поля,

переносчиками которого они являются. В этом отношении они аналогичны глюонам, имеющим цветной заряд. Поэтому промежуточные бозоны сами способны порождать другие промежуточные бозоны и рассеиваться друг на друге.

W −

W −

W −

W −

Числопоколений

фундаментальных

фермионов

Резонансная кривая распада Z-бозона с образованием адронов показывает что число поколений кварков и лептонов N = 3.

Характеристика

Эксперимент

Стандартная

ΓZ , ГэВ

Γ hadron, ГэВ

Γ , МэВ

+μ −

τ + τ−

Γ μτ , МэВ

Γ inv , МэВ

Γ ν

Числопоколенийфундаментальных

фермионов

Прецизионные измерения времени жизни Z-бозона были выполнены в e+ e- столкновениях. Время жизни Z -бозона ≈ 10− 25 с, поэтому его можно наблюдать только по распаду на

другие частицы. Z -бозоны распадаются на кварк-

антикварковые (q q ) пары с участием всех кварков, кромеt,

и пары лептон-антилептон всех поколений:

Z → q+ q ,

где q = d ,u ,s ,c, b

е +Z → μ + τ +

Е − ,

+ μ − ,

+ τ − .

ν е+ ν е,

Z → ν μ+ ν μ, ν τ+ ν τ.

Z -бозон наблюдается в виде резонанса в зависимости числа

распадов Z -бозона от энергии столкновенияе + е − .

Максимум числа распадов приходится на энергию E e + + E e − = m Z c 2 ≈ 91 ГэВ. ШиринаΓ резонанса связана с его

временем жизни τ соотношением

Γ τ ≈.

Каналы распада характеризуются шириной Γ hadron ,Γ е μτ ,

Γ neutrino . Полная ширина распада Z -бозона Γ Z :

Γ Z = Γ hadron+ Γ е μτ + Γ neutrino.

Сечение процесса е + е − → Z → адроны:

Γ Z2

Γ hadron

(E )= σ

e− e+

(E− E0 )

Γ Z,

Число поколений фундаментальных фермионов

Полное сечение образования Z-бозона σ полн (e+ e- → Z)

представляет собой сумму сечений трех процессов

σ полн (e+ e- → Z) =σ полн (e+ e- → Z→ адроны) + +σ полн (e+ e- → Z→ заряженные лептоны) +

+ σ полн (e+ e- → Z→ нейтрино).

Ширина резонанса и величина сечения в максимуме связаны с числом различных типов нейтрино, на которые распадается Z-бозон. При увеличении числа типов нейтрино, т.е. количества поколений, резонансная ширина распада Z-бозона увеличивается, а величина сечения в максимуме уменьшается. Таким образом, число типов нейтрино определяется по двум независимым параметрам - величине сечения в максимуме и ширине резонансной кривой e+ e– аннигиляции в Z-бозон.

Из эксперимента была получена следующая оценка числа возможных типов нейтрино n

n = 2.982± 0.013.

Этот результат согласуется с данными о количестве поколений фундаментальных фермионов, независимо полученными из анализа распространенности водорода и гелия во Вселенной. Так как число типов нейтрино вносит существенный вклад в плотность энергии и скорости остывания Вселенной после Большого взрыва, оно определяет соотношение между количеством нейтронов и протонов, образующихся в момент дозвездного нуклеосинтеза и, следовательно, соотношение между количеством ядер 4 He и1 H, образующихся в первые минуты эволюции Вселенной. Наблюдаемое соотношение количества изотопов4 He/1 H ~ 0.1 говорит о том, что число легких типов нейтрино может быть два или три и противоречит наличию четырех и более типов нейтрино.

Константы

взаимодействий

Константа

электромагнитного

взаимодействия

Константа слабого

взаимодействия

е−

νе

νе

е−

В первоначальной теории слабое взаимодействие описывалось в виде четырехфермионного точечного превращения частиц (слева). Современное представление слабого взаимодействия связано с переносчиками взаимодействия W и Z бозонами (справа).

Слабое взаимодействие на начальном этапе развития теории характеризовалось константой G F , которая носит названиефемиевской константы связи и является эффективной константой четырехфермионного взаимодействия. По экспериментальным данным она имела величину:

G F = 1.4 10-49 эрг см 3

Фермиевская константа G F связана с константойα w соотношением:

GF = π 2 α w cM W c c 2 2 ,

M W – масса W -бозона.

Константасильного взаимодействия?

Оказалось, что значения констант зависят от масштаба относительных расстояний, на которых происходят

взаимодействия. Константы α е иα w в широкой

области энергий имеют значения:

α e = 1 137 = 0.0073

α w = 0.032

Константа сильного взаимодействия α s в области

расстояний (≈ 1 Фм) имеет порядок единицы. Эта

особенность сильного взаимодействия получила специальное название непертурбативного режима сильного взаимодействия. С уменьшением относительных расстояний константа сильного взаимодействия заметно уменьшается. На расстояниях масштаба 0.1 и 0.001 Фм эта константа имеет соответственно следующие значения

− 8 см. Для

наблюдателя, находящегося на большом расстоянии, атом представляется нейтральной системой, так как положительный заряд ядра полностью компенсируется отрицательным зарядом электронной оболочки. При образовании молекулы прочно связанные внутренние оболочки атомов практически не изменяются. Химические и физические свойства молекул определяются относительно слабо связанными электронами внешней оболочки. Силы, связывающие атомы в молекулы, имеют электромагнитную природу. Однако это лишь слабый «отголосок» сил, связывающих электроны и атомное ядро.

Молекулы

Атомы. Молекулы

Зависимость энергии связи электронов различных оболочек атома от атомного номера.

Изменение энергии системы NaCl в зависимости от

расстояния (Å) между ионами Na + иCl −

Кварки – Адроны – Ядра

Расстояние, на котором проявляется цветное взаимодействие ≈ 1 Фм – характерный размер

адрона. Цветные взаимодействия кварков и глюонов формируют адрон. Точно так же, как атом, состоящий из заряженных частиц, является электрически нейтральным образованием, адрон, состоящий из цветных объектов, является бесцветным объектом. Цвет проявляется только на расстоянии

< 10-13 см.

Бесцветные адроны связаны друг с другом ядерными силами, которые являются аналогом сил связывающих нейтральные атомы в молекулы. Ядерные силы – это слабый «отголосок» сильного взаимодействия между цветными кварками в адроне.

Рассказать друзьям