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弱相互作用力(一) (浏览次数:1147)
发表于2014-12-7 12:36:00
原文地址:弱相互作用力的本质作者:灵遁者

[转载]弱相互作用力的本质

弱相互作用力

弱力是如何表现出来的

弱力属于微观力。在微观粒子世界中,粒子之间的相互作用是通过碰撞而实现的。由于作用强度的不同表现为弱、电、强作用力。

对于弱相互作用力来说,表现为中子β衰变。即:中子衰变成质子、电子与中微子或反电子中微子

费曼图中表现为:中子与电子中微子发生碰撞,在碰撞过程中发生了力的作用,这种力就是弱相互作用力。碰撞后的中子改变方向,其固有能量动量都发生改变,变成了质子(准确的说是:碰撞后中子改变运动方向,与观测时空成角,被观测成了质子)。同样,电子中微子也改变方向,固有能量与动量也发生改变,变成了电子(准确的来说是:碰撞后电子中微子改变运动方向,与观测时空成角,被观测成了电子)。

粒子之间是如何通过弱力作用的

参与碰撞的粒子称为费米子,其自旋为半整数。由于两粒子间的碰撞是间隔一定距离的,这种碰撞并不是超距作用,而是要通过媒介粒子来传递,这个起传递作用的粒子就象是一个“媒婆”,被称为玻色子,其自旋为整数。传递力的作用的粒子以虚态存在虚态,即不可见态。对于弱相互作用来说该粒子为WZ光子(光子的运动速度为光速,由于其运动速度的下降,被观测成了低速运动的WZ粒子)。

弱电是如何统一的

在量子力学中,粒子从初态到末态的跃迁,涉及到粒子的湮灭与产生。可以近似的用费米公式量子场论的相应公式进行计算。

计算中,4个费米子(中子、质子、电子、电子中微子)通过一个中间玻色子联系。通过跃迁前后费米子场与玻色子场的关系,将弱作用力的耦合常数电磁精细结构常数(也就是电磁力的作用强度1/137)进行替代,引入距阵元与费米相互作用常数的关系。计算出WZ光子的理论质量。

这个计算结果与实验相符。从而反过来证实了弱电的统一性,即:弱相互作用与电磁相互作用是一种力―――这就是1979诺贝尔物理学奖

弱相互作用(又称弱力或弱核力)(英文:weak interaction)是自然的四种基本力中的一种,其余三种为强核力电磁力万有引力次原子粒子的放射性衰变就是由它引起的,恒星中一种叫氢聚变的过程也是由它启动的。弱相互作用会影响所有费米子,即所有自旋为半奇数的粒子。

粒子物理学标准模型中,弱相互作用的理论指出,它是由WZ玻色子的交换(即发射及吸收)所引起的,由于弱力是由玻色子的发射(或吸收)所造成的,所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变,它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定,由于ZW玻色子比质子或中子重得多,所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”,是因为它的一般强度,比电磁强核力弱好几个数量级。大部份粒子在一段时间后,都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外,它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“”之间互换。

弱力最早的描述是在1930年代,是四费米子接触相互作用的费米理论:接触指的是没有作用距离(即完全靠物理接触)。但是现在最好是用有作用距离的场来描述它,尽管那个距离很短。在1968年,电磁与弱相互作用统一了,它们是同一种力的两个方面,现在叫电弱力。目录

1性质 弱相互作用有如下的数项特点:

唯一能够改变夸克的相互作用。

唯一能令宇称不守恒的相互作用。因此它也是唯一违反CP对称的相互作用。

由具质量的规范玻色子所介导的相互作用。这一不寻常的特点可由标准模型希格斯机制得出。

由于弱相互作用载体粒子(WZ玻色子)质量很大(约 90 GeV/c),所以他们的寿命很短:平均寿命约为 × 10-25秒。弱相互作用的耦合常数(相互作用强度的一个指标)介乎10?710?6之间,而相比下,强相互作用的耦合常数约为1,故就强度而言,弱相互作用是弱的。弱相用作用的作用距离很短(约为10?1710?16m)。在大约10?18米的距离下,弱相互作用的强度与电磁大约一致;但在大约3×10?17米的距离下,弱相互作用比电磁弱一万倍。

标准模型中,弱相互作用会影响所有费米子,还有希格斯玻色子;弱相互作用是除引力相互作用外唯一一种对中微子有效的相互作用。弱相互作用并不产生束缚态(它也不需要束缚能)——引力在天文距离下这样做,电磁力在原子距离下这样做,而强核力则在原子核中这样做。

它最明显的过程是由第一项特点所造成的:味变。比方说,一个中子比一个质子(中子的核子拍档)重,但它不能在没有变(种类)的情况下衰变成质子,它两个“下夸克”中的一个需要变成“上夸克”。由于强相互作用电磁相互作用都不允许味变,所以它一定要用弱相互作用;没有弱相互作用的话:夸克的特性,如奇异及魅(与同名的夸克相关),会在所有相互作用下守恒。因为弱衰变的关系,所以所有介子都不稳定。在β衰变这个过程下,中子里面的“下夸克”,会发射出一个W?玻色子,它随即衰变成一电子及一反电中微子。

由于玻色子的大质量,所以弱衰变相对于强或电磁衰变,可能性是比较低的,因此发生得比较慢。例如,一个中性π介子在通过电磁衰变时,寿命约为10-16秒;而一个带电π介子的通过弱核力衰变时,寿命约为10-8秒,是前者的一亿倍。相比下,一个自由中子(通过弱相互作用衰变)的寿命约为15分钟。

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