Однажды мы говорили о четырех фундаментальных физических силах и о том, как они управляют Вселенной. Не было проблем с пониманием роли и значения электромагнитных, гравитационных и сильных взаимодействий — без них мир явно был бы совсем другим.
Однако нам не удалось найти значение слабого взаимодействия. Только для радиоактивного распада? Звезды сияют за счет слияния, а не деления. Кажется довольно специфичной и узкой ролью.
Если предположить, что сейчас нет слабой фундаментальной силы, будет ли мир намного больше отличаться от того, что мы видим сейчас? Как это было бы иначе?
Слабое взаимодействие представляет собой очень важную часть головоломки в нашем современном понимании физики элементарных частиц. Стандартная модель физики элементарных частиц объясняет фундаментальные силы природы с точки зрения взаимодействия между дискретным набором элементарных частиц, которые соответствуют представлениям различных групп симметрии. Например, сильное ядерное взаимодействие описывается взаимодействием безмассовых частиц, называемым , которые вписываются в группу симметрии, называемую специальной унитарной группой в трех измерениях, или сокращенно SU (3).
Как оказалось, электромагнитное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие на самом деле являются разными проявлениями одного и того же фундаментального взаимодействия, называемого электрослабым взаимодействием. Как гласит история, в ранней Вселенной существовало две группы симметрии: одна для сильных ядерных взаимодействий, SU(3), и одна для электрослабых взаимодействий, U(2) (давайте пока отложим в сторону гравитацию).
Внезапно постоянное скалярное поле, а именно поле Хиггса, приобрело ненулевое вакуумное математическое ожидание. Из-за того, что поле Хиггса связано с группой симметрии U (2), переход к однородному ненулевому вакуумному среднему значению спонтанно нарушил симметрию U (2). Остатки симметрии U(2) были объединены в симметрию U(1) (которую мы сейчас называем электромагнетизмом) и три бозона, наделенные массой благодаря полю Хиггса. Эти три бозона теперь называются , , и ; они являются посредниками слабых взаимодействий .
Помимо своего происхождения, слабые взаимодействия весьма интересны той ролью, которую они играют в изменении вкуса. В стандартной модели слабое взаимодействие — это единственное взаимодействие, которое позволяет элементарным фермионам, а именно лептонам и кваркам, менять свой аромат. Когда элемент подвергается радиоактивному распаду, это происходит из-за того, что один из кварков внутри ядра меняет свой вкус из-за слабого взаимодействия. Таким образом, богатство и сложность элементов, составляющих нашу вселенную, зависят от слабого взаимодействия. Кроме того, единственный способ взаимодействия нейтрино с материей (помимо гравитации) — это слабое взаимодействие.
Мне трудно представить вселенную, похожую на нашу, без слабого взаимодействия.
Дж. Г.
Любопытный Разум