Teoria oddziaływań elektrosłabych (Teoria Małej Unifikacji) - kwantowa teoria pola opisująca oddziaływania słabe oraz elektromagnetyczne. Zawiera ona w sobie wcześniejszą teorię oddziaływań słabych i elektrodynamikę kwantową .

Teoria oddziaływań elektrosłabych traktuje oddziaływania słabe i elektromagnetyczne jako przejaw jednego oddziaływania elektrosłabego.

Oddziaływaniu elektrosłabemu podlegają wszystkie znane cząstki fermionowe . Przyciąganie, odpychanie i przemiany tych cząstek tłumaczy się wymianą bozonów pośredniczących: Z , W+ , W- i fotonu .

Według obecnej wiedzy, we wczesnych epokach Wszechświata istniała pełna symetria między oddziaływaniami słabymi i elektromagnetycznymi. Symetria ta została później złamana , w wyniku czego mamy obecnie dwa oddziaływania. Łamaniem symetrii tłumaczy się także różnicę mas pomiędzy bozonem Z a fotonem .

Teoria oddziaływań elektrosłabych jest grupa abelową (przemienną) teorią z cechowaniem o złamanej symetrii. Grupą cechowania jest grupa SU(2)x U(1). Chociaż oddziaływania słabe opisuje grupa SU(2) a elektromagnetyzm grupa U(1), to nie należy traktować grupy symetrii oddziaływania elektrosłabego jako prostego iloczynu tych grup. W rzeczywistości część SU(2) opisuje zarówno elektromagnetyzm i oddziaływanie słabe a część U(1) służy odróżnieniu leptonów od kwarków . Ładunek oddziaływania elektromagnetycznego nazywamy ładunkiem elektrycznym (Q), ładunek oddziaływania słabego nazywamy ładunkiem słabym, ładunek opisywany przez część SU(2) grupy symetrii oddziaływań elektrosłabych nazywamy izospinem (I) a ładunek opisywany przez część U(1) - hiperładunkiem (Y). Wielkości te wiąże zależność: Q = I₃ + Y/2

Teorię oddziaływań elektrosłabych stworzyli: Sheldon Glashow , Abdus Salam i Steven Weinberg , za co otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1979 .

Model ten przewiduje istnienie czterech bezmasowych bozonów pośredniczących, trzy z nich oznaczone przez , są składowymi trypletu I = 1 grupy SU(2), czwarty , jest izoskalarem I = 0 transformującym się względem grupy U(1) słabego hiperładunku . Aby nadać bozonom pośredniczącym masy, bez jednoczesnego naruszenia renormalizowalności teorii, wprowadzono mechanizm spontanicznego łamania symetrii , poprzez dublet pól zespolonych (czterech pól rzeczywistych) z I = 1/2, nazwanych skalarami Higgsa , które generują masy cząstek poprzez samooddziaływanie. Pola masowych bozonów oznaczamy odpowiednio , bozon oznaczony jako pozostaje bezmasowy i odpowiada fotonowi.

Dla bozonów naładowanych:

dla bozonow neutralnych:

Kąt Θ_W nazywa się kątem mieszania oddziaływań słabych (kąt Weinberga ). Wartość tego kąta należy wyznaczyć doświadczalnie, co jest jednym ze słabych punktów modelu standardowego .

Bibliografia

• Donald H. Perkins, Wstęp do fizyki wysokich energii, 2004 , .