Что происходит при слабом взаимодействии?

Например, во время β − распадаться Вт − бозон излучается, превращая верхний кварк в нижний. Мне это кажется очень странным, поскольку похоже, что верхний кварк не взаимодействует с какой-то другой частицей, а просто внезапно распадается, испуская бозон. Является ли этот процесс чем-то вроде перехода электрона в более низкое энергетическое состояние путем испускания фотонов? Или происходит что-то большее. И каковы другие способы возникновения слабых взаимодействий? И я понятия не имею, что Z бозон делает. Почему и как частицы взаимодействуют с Z бозоны?

Вы можете думать об этом как о трех квантовых полях, взаимодействующих в точке. Возбуждение в поле верхнего кварка сменяется возбуждением в поле нижнего кварка и полем W-бозона. Оно не слишком отличается от дифференциальных уравнений Максвелла, за исключением того, что в динамике поля есть квантовая неопределенность.
@MitchellPorter Значит ли это, что существует определенная вероятность того, что эта конфигурация произойдет, и поэтому это произойдет? Чем это похоже на максвелловское — точно так же, как возбуждение в электрическом поле производит возбуждение в магнитном поле?
Бозон AZ является нейтральным носителем слабого взаимодействия.

Ответы (1)

Вселенная пронизана сгустком квантовых полей. Это фермионные (как поле электрона или кварковое поле) или бозонные, как электромагнитное поле. А мю («фотон»), или три калибровочных поля слабого взаимодействия Вт ± Z 0 (" Вт + , Вт + , Z 0 бозоны»).

А мю находится в контексте квантовой полевой теории электромагнетизма, называемой КЭД . Чтобы вернуться к «классическим» представлениям об электрическом и магнитном полях, А мю связан с тензором Фарадея , который содержит Е и Б .

Всегда существует конечная ненулевая вероятность взаимодействия между различными полями. Как вы знаете из квантовой механики, фактический результат взаимодействия является вероятностным. Это означает, что вам нужно подождать «среднее» время т чтобы произошло взаимодействие. На практике это означает, что при большом количестве взаимодействующих частиц Н , по времени т количество частиц Н / е взаимодействовали. Если это время мало, взаимодействие называется сильным, в противном случае — слабым. Вы должны ждать, в среднем, долгое время, чтобы увидеть, что что-то происходит.

Слабое взаимодействие — это просто тип взаимодействия.
Электрически заряженная частица видит электромагнитное поле и может взаимодействовать с ним, испуская/поглощая фотоны. † которые затем могут быть поглощены/испущены другими заряженными частицами, вызывая притяжение/отталкивание между разноименными и одноименно заряженными частицами.

Аналогично, некоторые частицы (фактически все существующие частицы) имеют другой заряд , называемый слабым изоспином . Это позволяет им «видеть» и взаимодействовать со слабыми полями. Вт ± и Z 0 . Они могут излучать/поглощать † эти бозоны, которые затем могут распадаться на другие частицы — как вы описали в бета-распаде.

The ± и 0 относятся к электрически заряженным слабым бозонам. Вы будете взаимодействовать с Вт или Z по закону сохранения электрического заряда.
В вашем случае вы начинаете с нейтрона (заряд 0) и заканчиваете протоном, поэтому вам нужно Вт − чтобы убедиться, что общий заряд по-прежнему равен нулю.

Например, в е − е + → мю − мю + процесс, вы могли бы аннигилировать электрон и позитрон либо в фотон, либо в Z 0 бозон, который затем распадается на пару мюонов.

† : К этому вопросу можно было бы добавить так много технических деталей. От связи между слабым изоспином, слабым гиперзарядом и электрическим зарядом до второй причины, по которой 3 слабые поля и только одно электромагнитное.

Кроме того, картина, которую я использовал (mea culpa), — ​​это картина виртуальных частиц , т. е. заряды испускают фотоны, которые затем поглощаются другими частицами, тем самым опосредуя взаимодействие.
Это технически неверно, хотя для понимания этого требуется понимание теории возмущений и КТП.

Отличный ответ! Что касается «Всегда существует конечный шанс взаимодействия между различными полями» , я бы добавил ради ОП, что здесь слово «конечный» определяется не как в математике (т.е. «меньше бесконечности»), а в обычном как его используют физики, а именно как «ненулевой».
Отмеченный. Я исправил это.
@SuperCiocia Спасибо за отличный ответ! Да, я немного знаю о некорректности виртуальной фотонной картины. Итак, вместо этого можно думать, что когда два электрона находятся ближе друг к другу, в электромагнитном поле между ними возникает большее возмущение (и вероятность возмущения?), и это возмущение повторно поглощается тем, что оба заставляют их отталкиваться (по крайней мере, в простейшем случае)?
Правильная картина состоит в том, что КЭД - это дальнодействующее взаимодействие, поэтому заряженные частицы никогда не бывают «свободными», а всегда взаимодействуют. Вам пришлось бы диагонализовать полный гамильтониан КЭД, чтобы найти реальные собственные состояния системы, которые показали бы плавное изменение от е е к мю мю (например), без необходимости вводить фотон «на близком расстоянии». Это невозможно, так как нет аналитического решения. Поэтому вместо этого вы рассматриваете электромагнитное поле как возмущение, которое действует только в небольшой области пространства — отсюда и вершины на диаграммах Фейнмана.
Не интуитивно понятно, как возникает знак взаимодействия, т. е. является ли он привлекательным или отталкивающим. Обычно вам необходимо выполнить полный расчет, так как знак заряда влияет только на общий знак матричного элемента, который не имеет прямого отношения к пространственному поведению. См. также этот ответ: physics.stackexchange.com/questions/189605/…
Кроме того, для большинства вещей вам даже не нужно квантовать электромагнитное поле. Вы можете просто работать с квантовым фермионным полем и предположить, что классическое поле А мю с континуумом режимов. Этого достаточно, например, чтобы восстановить уравнения Максвелла из лагранжевого формализма Стандартной модели. Вам нужно квантовать ЭМ поле, если вы хотите увидеть излучение/поглощение одиночных фотонов, т.е. одиночных мод поля.
Еще раз спасибо. Это как бы подводит итог. Остальное мне для изучения математики.
Я хотел бы дополнительно прояснить идею «взаимодействия между различными полями, не равного нулю». Одна из действительно приятных особенностей теории U(1) заключается в том, что она абелева, поэтому калибровочные бозоны сами по себе не взаимодействуют. Когда вы вводите скалярные/фермионные поля, возникает взаимодействие. Для неабелевых теорий (например, SU(2)), взаимодействуют сами калибровочные бозоны (W^{\pm}, Z), даже не упоминая другие поля.
Если бы вы написали теорию U(1) для калибровочного поля со спином 1, вы бы увидели, что оно должно быть массивным, если вы хотите быть калибровочно-инвариантным. Это была проблема с массивными векторными калибровочными бозонами, решаемая спонтанным нарушением симметрии SU(2)_L x U(1)_Y и механизмом Хиггса.
Что происходит при слабом взаимодействии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v