Слабое взаимодействие


Сла́бое взаимоде́йствиефундаментальное взаимодействие, ответственное, в частности, за процессы бета-распада атомных ядер и слабые распады элементарных частиц, а также нарушения законов сохранения пространственной и комбинированной чётности в них. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия, значимые для ядерной физики и физики высоких энергий (сильное и электромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее четвёртого из фундаментальных взаимодействий, гравитационного.

Слабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на расстояниях, приблизительно в 1000 раз меньше размеров протона, характерный радиус взаимодействия 2⋅10−18 м[1].

Гипотеза об инвариантности слабого взаимодействия относительно CP-преобразования и тесно связанная с ней так называемая двухкомпонентного нейтрино сформулирована в 1957 году независимо Л. Д. Ландау, А. Саламом, Ли и Янгом[2].Стандартная модель физики элементарных частиц описывает электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие как разные проявления единого электрослабого взаимодействия, теорию которого разработали около 1968 года Ш. Глэшоу, А. Салам и С. Вайнберг. За эту работу они получили Нобелевскую премию по физике за 1979 год.

Переносчиками слабого взаимодействия являются векторные бозоны W+, W и Z0. При этом различают взаимодействие так называемых заряженных слабых токов и нейтральных слабых токов. Взаимодействие заряженных токов (при участии заряженных бозонов W±) приводит к изменению зарядов частиц и превращению одних лептонов и кварков в другие лептоны и кварки. Взаимодействие нейтральных токов (при участии нейтрального бозона Z0) не меняет заряды частиц и переводит лептоны и кварки в те же самые частицы.

В 1896 году, работая с солями урана Анри Беккерель открыл явление радиоактивности[3]. В 1898—1899 годах Эрнест Резерфорд установил, что радиоактивные атомы излучают частицы двух видов, названные им альфа- и бета-частицами[4]. В 1899 году в работах Стефана Мейера, Эгона риттера фон Швейдлера, Фридриза Гизиля и А. Беккереля было показано, что бета-частицы отклоняются магнитным полем и обладают отрицательным зарядом. В 1900 году А. Беккерель показал, что бета-частицы имеют то же отношение заряда к массе, что и открытые незадолго до этого электроны[5].

В 1914 году Джеймс Чедвик установил, что при бета-распаде висмута-210 вылетающие электроны могут иметь произвольную энергию. Это, на первый взгляд, противоречило закону сохранения энергии. Также вызывал недоумение тот факт, что хотя начальный и конечный атом подчинялись одной и той же квантовой статистике, электрон не являлся, как ожидалось, бозе-частицей, а имел спин ½[6]. Чтобы разрешить эти противоречия, Вольфганг Паули выдвинул в 1930 году гипотезу, что наравне с электроном при бета-распаде излучается нейтральная частица. В дальнейшем было показано, что этой частицей является нейтрино[7].


МезонМезонБарионНуклонКваркЛептонЭлектронАдронАтомМолекулаФотонW- и Z-бозоныГлюонГравитонЭлектромагнитное взаимодействиеСлабое взаимодействиеСильное взаимодействиеГравитацияКвантовая электродинамикаКвантовая хромодинамикаКвантовая гравитацияЭлектрослабое взаимодействиеТеория великого объединенияТеория всегоЭлементарная частицаВеществоБозон Хиггса
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц и теории, описывающие их взаимодействия. Элементарные частицы слева — фермионы, справа — бозоны. (Термины — гиперссылки на статьи ВП)
Диаграмма Фейнмана для бета-минус распада нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино через промежуточный W-бозон. Является примером заряженного тока.
Бета-минус-распад атомного ядра