Угол Вайнберга - Weinberg angle

Угол Вайнберга θ_W, и связь между муфтами г, г ', и е=граммгрех θ_W. Адаптировано из книги Т.Д. Ли. Физика элементарных частиц и введение в теорию поля (1981).

Образец слабый изоспин, Т₃, и слабый гиперзаряд, Y_W, известных элементарных частиц, демонстрирующих электрический заряд Q вдоль угла Вайнберга. Нейтральное поле Хиггса (обведено) нарушает электрослабую симметрию и взаимодействует с другими частицами, придавая им массу. Три компоненты поля Хиггса становятся частью массивных W- и Z-бозонов.

В Угол Вайнберга или же слабый угол смешивания^[1] параметр в Вайнберг –Салам теория электрослабое взаимодействие, часть Стандартная модель физики элементарных частиц, и обычно обозначается как θ_W. Это угол, под которым спонтанное нарушение симметрии вращается оригинал
W⁰
и B⁰ векторный бозон самолет, производящий в результате
Z⁰
бозон, а фотон.^[2]

${ displaystyle { begin {pmatrix} gamma Z ^ {0} end {pmatrix}} = { begin {pmatrix} cos theta _ { text {W}} & sin theta _ { text {W}} - sin theta _ { text {W}} & cos theta _ { text {W}} end {pmatrix}} { begin {pmatrix} B ^ {0 } W ^ {0} end {pmatrix}}}$

Это также дает соотношение между массами W- и Z-бозоны (обозначается как м_W и м_Z),

${ displaystyle m _ { text {Z}} = { frac {m _ { text {W}}} { cos theta _ { text {W}}}} ~.}$

Угол можно выразить через ${ displaystyle mathrm {SU} (2) _ {L}}$ и ${ Displaystyle mathrm {U} (1) _ {Y}}$ муфты (слабый изоспин грамм и слабый гиперзаряд грамм', соответственно),

${ displaystyle cos theta _ { text {W}} = { frac {g} { sqrt {g ^ {2} + g '^ {2}}}} qquad}$ и ${ displaystyle qquad sin theta _ { text {W}} = { frac {g '} { sqrt {g ^ {2} + g' ^ {2}}}} ~.}$

В этом случае электрический заряд можно выразить через него: е = грамм грех θ_W = грамм'Cos θ_W; см. рисунок.

Поскольку значение угла смешивания в настоящее время определяется эмпирически, математически оно определено как^[3]

${ displaystyle cos theta _ { text {W}} = { frac {m _ { text {W}}} {m _ { text {Z}}}} ~.}$

Значение θ_W варьируется в зависимости от передача импульса, Q, на котором он измеряется. Эта вариация, илиБег ', является ключевым предсказанием электрослабой теории. Наиболее точные измерения проведены в экспериментах на электрон-позитронном коллайдере при значении Q = 91,2 ГэВ / c, соответствующий массе Z-бозона, м_Z.

На практике количество грех²θ_W используется чаще. Наилучшая оценка 2004 г. грех²θ_W, в Q = 91,2 ГэВ / c, в РС схема является 0.23120 ± 0.00015, который является средним по измерениям, выполненным в различных процессах и на разных детекторах. Атомный нарушение четности эксперименты дают значения для грех²θ_W при меньших значениях Q, ниже 0,01 ГэВ / c, но с гораздо меньшей точностью. В 2005 году были опубликованы результаты исследования нарушение четности в Мёллеровское рассеяние в котором значение грех²θ_W = 0.2397 ± 0.0013 был получен в Q = 0,16 ГэВ / c, экспериментально устанавливая «бег» слабого угла смешивания. Эти значения соответствуют углу Вайнберга ~ 30 °. LHCb, измеренный в протон-протонных столкновениях 7 и 8 ТэВ, эффективный угол грех²(θ_W^эфф) = 0,23142, хотя значение Q для этого измерения определяется энергия партонного столкновения, которая близка к массе Z-бозона.

CODATA 2018^[4] дает значение

${ displaystyle sin ^ {2} theta _ { text {W}} = 1- (m _ { text {W}} / m _ { text {Z}}) ^ {2} = 0,22290 (30) }$.

Обратите внимание, однако, что конкретное значение угла нет предсказание стандартной модели: это открытый, нефиксированный параметр. Однако это ограничено и предсказано с помощью других измерений Стандартная модель количества. В настоящее время не существует общепринятой теории, объясняющей, почему измеряемая величина именно такая.

Рекомендации

• 2019 PDG (Группа данных о частицах ) Рассмотрение отредактировано в марте 2018 г. Дж. Эрлером и А. Фрейтасом.
• E158: Прецизионное измерение угла слабого смешения при меллеровском рассеянии
• Q-weak: проверка точности стандартной модели и определение слабых зарядов кварков посредством рассеяния электронов с нарушением четности