Почему электроны имеют слабый заряд? [закрыто]

Есть несколько разных вещей, которые вы могли бы назвать «слабым зарядом», и я не уверен, что вы выбрали здесь. Электрон и другие заряженные лептоны являются членами слабых изоспиновых дублетов ; они должны иметь суммарный слабый изоспин$\frac12$чтобы иметь возможность вращаться в соответствующие им нейтрино, взаимодействие, опосредованное$W^\pm$бозон.

Википедия считает, что «слабый заряд» — это слабый гиперзаряд , что$-1$для левых лептонов (заряженных и нейтринных) и$+1$для левых барионов; гиперзаряды для правых частиц различны, чтобы объяснить тот факт, что правостороннее нейтрино будет иметь нулевой слабый гиперзаряд и не будет участвовать в слабых взаимодействиях с заряженным током.

У меня есть профессиональная склонность рассматривать «слабый заряд» как нечто, аналогичное электрическому заряду: параметр, присущий частице, который определяет ее связь со слабым нейтральным током . В этой схеме электрослабые заряды

$$\begin{array}{ccll} \text{particle} & \text{electric charge} & \text{weak charge} \\ e & -1 & -1 + 4 s_W^2 &\approx -0.041 \\ \nu & 0 & +1 \\ u & +\tfrac23 & +1-\tfrac83 s_W^2 &\approx +\tfrac13 \\ d & -\tfrac13 & -1 +\tfrac43 s_W^2 &\approx -\tfrac23 \\ \text{proton}=uud & +1 & +1-4s_W^2 &\approx -0.041 \\ \text{neutron}=udd & 0 & -1 \end{array}$$ Здесь $s_W^2 = \sin^2\theta_W \approx \frac14$связано со слабым углом смешивания , фундаментальным параметром стандартной модели, значение которого зависит от импульса . Обратите внимание, что для электрона и протона слабый заряд почти равен нулю; на самом деле разница между низким импульсом $\sin^2\theta_W = 0.2397$и высокий импульс (" $Z$-полюс") $\sin^2\theta_W = 0.23120$меняет слабый заряд на $e$и $p$примерно в два раза.

Эти заряды возникают из-за условий связи в лагранжиане Стандартной модели.

Как упоминал Джерри Ширмер, электроны участвуют в бета-распаде ядер. Эта реакция протекает следующим образом:

$$n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e$$

Современная теория (электро)слабых взаимодействий рассматривает их как взаимодействия Янга-Миллса, основанные на$SU(2)\times U(1)$калибровочная группа. В реакции над новым промежуточным носителем силы$SU(2)$калибровочный бозон (в частности,$W^-$) вводится:

$$n \rightarrow p + W^- \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e$$

Чтобы связать нейтрино и электроны со слабыми бозонами, мы должны указать их слабый заряд. Структура калибровочной теории объясняет это естественным образом.

Стоит также отметить, что только левые электроны имеют ненулевой слабый заряд. С другой стороны, правые электроны не взаимодействуют со слабыми бозонами. Это видно даже из приведенного выше уравнения, поскольку хиральность сохраняется, а антинейтрино всегда правые.