Teoria celor patru fermioni a interacțiunii slabe

Teoria interacțiunii slabe cu patru fermioni este o teorie a interacțiunii slabe , sugerând că transformarea unui nucleon în timpul dezintegrarii beta se realizează ca urmare a interacțiunii unui curent hadron , transferând, de exemplu, un neutron într-un proton , și un curent de lepton , dând naștere, de exemplu, la un electron și un antineutrin . Construit prin analogie cu teoria interacțiunii dintre sarcină și câmpul electromagnetic în electrodinamica cuantică . Este prima teorie a interacțiunilor slabe . Creat de Enrico Fermi în 1934 [1]

Descriere

Conform regulilor teoriei perturbațiilor din mecanica cuantică, probabilitatea tranziției unui sistem cuantic de la o stare la alta pe unitatea de timp este , unde este Hamiltonianul de interacțiune , este numărul de stări finale ale sistemului pe unitatea de interval de energie , este funcția de undă a stării inițiale a sistemului, este funcția de undă a stării finale a sistemului. ${\frac {2\pi }{\hbar }}\left|\int \psi _{f}^{*}H\psi _{i}d\tau \right|^{2}\rho (E)$ $H$ $\rho (E)$ $\psi_{i}$ $\psi _{f)$

Principala ipoteză a teoriei cu patru fermioni a interacțiunii slabe este ipoteza despre forma hamiltonianului și funcțiile de undă ale stărilor inițiale și finale [ 2 ] [ :[4]]3 , sunt Matrice Dirac . $\int \psi _{f}^{*}H\psi _{i}d\tau ={\frac {G_{F}}{\sqrt {2}}}\int (u_{f} ^{*}\gamma _{\alpha }u_{i})(\psi _{e}^{*}\gamma _{\alpha }\psi _{\nu })d\tau$ $G_{F}$ $u_{f)$ $\psi _{e}$ ${\displaystyle \psi _{\nu ))$ $u_{{i}}$ $\gamma _{\alpha }$

Valorile funcțiilor de undă ale electronului și neutrinului sunt luate în punctul din spațiu în care se află nucleonul, integrarea se realizează numai peste coordonatele nucleonului. Acest lucru este analog cu luarea în considerare a interacțiunii unui electron cu un foton în electrodinamica cuantică, unde se presupune că electronul și fotonul sunt în același punct.

În descrierea cuantică a interacțiunii Hamiltonianul său are forma:,slabe [5] ${\frac {G_{F}}{\sqrt {2}}}\mathbf {\bar {p}} \gamma _{\alpha }\mathbf {n} \times \mathbf {\bar {e )) \gamma _{\alpha }\mathbf {\nu }$ $\mathbf {\bar {p}}$ $\mathbf {n}$ $\mathbf {\bar {e}}$ $\mathbf {\nu }$

Cantitatea se numește curent de nucleon bidimensional (vector) încărcat . În teoria modernă a interacțiunii slabe, este suma a trei termeni: curenți. Aici sunt combinații liniare de quarci definite de matricea Kobayashi-Maskawa . , - patru matrici Dirac , , . [5] $\mathbf {\bar {p)} \gamma _{\alpha }\mathbf {n}$ ${\bar {u}}O_{\alpha }d'+{\bar {c}}O_{\alpha }s'+{\bar {t}}O_{\alpha }b'$ $d',s',b'$ $d,s,b$ $O_{\alpha }=\gamma _{\alpha }(1+\gamma _{5})$ $\gamma _{\alpha }$ $\alpha =0,1,2,3$ $\gamma _{5}=i\gamma _{0}\gamma _{1}\gamma _{2}\gamma _{3)$

Mărimea se numește curent de lepton bidimensional (vector) încărcat . În teoria modernă a interacțiunii slabe, este și suma a trei termeni: [5] . $\mathbf {\bar {e)} \gamma _{\alpha }\mathbf {\nu }$ ${\bar {\nu _{e)}}O_{\alpha }e+{\bar {\nu _{\mu ))}O_{\alpha }\mu +{\bar {\nu _{ \tau ))}O_{\alpha }\tau$

Curentul electromagnetic convențional , utilizat în electrodinamica cuantică , unde este operatorul de creare a electronilor (sau anihilarea pozitronilor) , - operatorul anihilării electronilor (sau crearea pozitronilor) nu modifică sarcina particulelor, deci se numește curent neutru . $\mathbf {\bar {e)} \gamma _{\alpha }\mathbf {e}$ $\mathbf {\bar {e}}$ $\mathbf {\bar {e}}$

Teoria Fermi explică forma spectrului de energie și oferă durata medie de viață a unui neutron, care coincide în ordinea mărimii cu cea găsită din experiență [6] .

constanta Fermi

Constanta Fermi este de obicei notată ca și are o valoare de ordinul 10 −62 J⋅m 3 [3] . $G_{F}$

Vezi și

Interacțiune slabă

Note

↑ Fermi, E. Versuch einer Theorie der β-Strahlen. I (germană) // Zeitschrift für Physik . - 1934. - T. 88 , nr 3 . - S. 161-177 . - doi : 10.1007/BF01351864 . - Cod biblic .
↑ Bethe, 1958 , p. 281.
↑ 1 2 Yavorsky, 2007 , p. 975.
↑ Fedorov V. V. Fizica neutronilor. - Sankt Petersburg: PNPI, 2004. - p. 150
↑ 1 2 3 Okun L. B. Interacțiune slabă // Dicționar enciclopedic fizic. - M., Marea Enciclopedie Rusă, 2003. - p. 693
↑ Naumov A.I. Fizica nucleului atomic și a particulelor elementare. - M., Educaţie, 1984. - S. 195-197

Literatură

Bethe G. , Morrison F. Teoria elementară a nucleului. - M . : Literatură străină, 1958. - 670 p.
Yavorsky B.M. Manual de fizică pentru ingineri și studenți. - M . : Oniks, 2007. - 1056 p. - ISBN 978-5-488-01248-6 .