Gyenge kölcsönhatás

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A gyenge kölcsönhatás a részecskefizika négy alapvető kölcsönhatásának egyike. Ez okozza a radioaktív bomlások közül a béta-bomlást: a szabad neutron bomlását, valamint egyes atomokban a proton illetve neutron bomlását.

Az összes leptonra és kvarkra hat. Ez az egyedüli kölcsönhatás, amelyben a neutrínó részt vesz (eltekintve a részecskefizikában elhanyagolható gravitációtól). Közvetítő részecskéi a W- és Z-bozonok. A W⁺, W^- elektromosan töltött bozonok tömege hozzávetőlegesen 80 GeV/c², a Z⁰ semleges bozon, tömege nagyjából 91 GeV/c².

1968-ben Sheldon Glashownak, Abdus Salamnak és Steven Weinbergnek sikerült egyesíteni az elektromágneses kölcsönhatással elektrogyenge kölcsönhatás néven (fizikai Nobel-díj, 1979).

[szerkesztés] Története

Története a radioaktivitás Becquerel általi felfedezésével kezdődött 1896-ban. 1911-ben Lise Meitner és Otto Hahn kísérletei kimutatták, hogy a β-bomlásban keletkező elektronok spektruma folytonos és nem éles, mint mondjuk az α-bomlásé, amit ekkor még nem tudtak megmagyarázni. Wolfgang Pauli feltételezte, hogy egy semleges, közel nulla tömegű részecske a neutrínó (ő először neutronnak hívta) keletkezik az elektron mellett, s ezért láthatalanul elviszi az energia kisebb-nagyobb részét. Az első részletes elméletet azután 1934-ben Enrico Fermi szolgáltatta négy-fermion kölcsönhatásával. Ez a perturbációszámítás első rendjében kielégítően jól leírta a gyenge kölcsönhatás hatáskeresztmetszeteit, azután a második rendben eltávolíthatatlan végtelen nagy járulékok léptek fel a kisebb korrekciók helyett. Az elmélet nem bizonyult renormálhatónak.

A megoldást a kvantumtérelmélet mértékelméletei hozták el a sikeres kvantumelektrodinamika mintájára, az egyesített elektrogyenge kölcsönhatás egyesített elméletével. Ez 1968-ra öltött testet Sheldon Glashow, Steven Weinberg és Abdus Salam munkájának gyümölcseként, amiért 1979-ben fizikai Nobel-díjat kaptak.

[szerkesztés] Miért gyenge a gyenge kölcsönhatás?

A töltött részecske keletkezésével járó neutronbomlás például úgy írható le, hogy a neutron kibocsát egy virtuális W-részecskét (W-bozont), miközben protonná alakul, a virtuális W-részecske pedig elbomlik elektronná és anti neutrínóvá. Vegyük észre, hogy a W-bozon tömege nagyobb mint a neutroné, a klasszikus fizika szerint nem is keletkezhetne. A kvantummechanikában szerint viszont a tömeg nem egy határozott szám, hanem egy Breit-Wigner eloszlás (rezonanciatömeg), úgyhogy kis valószínűséggel a keletkező részecske tömege lehet más, mint a nominális (azaz tkp. átlagos) tömege. Ilyenkor azt mondjuk, hogy a részecske nincs tömeghéjon. Az energiamegmaradás és az impulzusmegmaradás azonban mindig teljesül. A tömegeloszlás szélessége (szórása) és a részecske élettartama a határozatlansági relációnak megfelő számszaki viszonyban állnak egymással.

A legvalószínűbb, ha energetikailag lehetséges, a tömeghéjon való keletkezés. Példa erre a LEP gyorsító, ahol az ütköző elektron-pozitron pár energiája a kívánt Z-bozon tömegének kétszeresére volt beállítva. Itt annyira megnőtt a Z-bozon keletkezésének valószínűsége, hogy hozzá képest az alacsonyabb energián sokkal erősebb elektromágneses kölcsönhatást is el lehetett hanyagolni.