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技术文章

弱相互作用

2016/8/10 11:03:08

弱相互作用是辐射的真正掌控者！

自然界的4种基本相互作用之一。简称弱作用。弱相互作用是基本粒子之间一种特殊作用，它和强相互作用，电磁作用和万有引力作用并成为四种基本相互作用力。由于弱相互作用比强相互作用和电磁作用的强度都弱，故有此名，其作用范围比强相互作用还要小。[1]

最早观察到的弱作用现象是原子核的β衰变。后来又观察到介子、重子和轻子通过弱作用的衰变和中微子散射等弱作用过程。弱作用的力程在四种作用中是最短的，在低能过程中可以近似地看作是参与弱作用过程的粒子在同一点的作用。分析实验的经过发现，费米子在一点的弱作用(称为费米作用)，是两个费密子弱作用流的耦合，所谓弱作用流相当于电磁作用的电流。耦合常数G与质子质量二次方的乘积是无量纲的，比电磁作用的精细结构常数小1000倍。这个比例反映了两种作用在低能下强度的差别。

弱相互作用的另一个特点是对称性低。在弱相互作用中，空间反射、电荷共轭和时间反演的对称性都被破坏；同位旋、奇异数、粲数、底数等在强作用下守恒的量子数都不守恒。但是破坏时间反演的弱作用比不破坏时间反演的弱作用弱得多。

通过实验和理论的长期研究，人们已经基本了解低能有效费密作用中弱作用流的具体形式，总结建立了普适费米型弱相互作用理论。但是费密作用的场论是不可重正化的，无法计算微扰论的高阶效应。把费密作用的形式用于高能量还有其他原则性的困难，因此费密作用不能作为弱相互作用的基本理论。另一方面人们注意到弱相互作用与电磁相互作用虽然很不相同，却又有相似之处。弱作用流与电流一样是守恒的，它们之间还有以对称性相联系的关系。因此在60年代末提出了弱作用和电磁作用统一的规范理论（见电弱统一理论）。这种理论描述轻子和组成强子的夸克以及一些称为黑格斯粒子（见黑格斯机制） 的自旋为零的粒子与统一的电-弱规范场的相互作用。这是一种规范对称性自发破缺的理论。理论中有一个规范粒子无质量，它是传递电磁作用的光子,其余的规范粒子得到质量,它们是传递弱作用的粒子，称为中间玻色子。这种理论把似乎没有关系的自然界的两种基本相互作用联系起来，而且是可重正化的。标准的电弱统一规范模型与所有低能的弱作用实验结果一致。理论中预言的中间玻色子也已于1983年发现。因此电弱统一规范理论正确地描述了弱相互作用。

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