Interacción CERN y electrodébil.

Question

Sé que la EM y la fuerza débil se describe en la misma formalización matemática por GSW y que se predijo que iban a aparecer como uno en energías de 200 GeV. Sé que el $W^+$, $W^-$ y $Z^0$ fueron descubiertos en 1982. Entonces, ¿qué ? Los portadores de la fuerza débil fueron descubiertos. ¿Cómo puede esto significar que la EM y la fuerza débil se unificaron en los momentos de estos CERN colisiones ?

Por favor, explícame esto, simplemente, si se puede, porque quiero explicar a mis alumnos de secundaria y creo que las respuestas que implican teórico de las representaciones de SU(2)$\times$U(1) y rupturas de simetría, etc. que fueron probados por el CERN, para ser correcta, en realidad sólo mostrar que me escondo detrás de las matemáticas y que realmente no he entendido.

Y además, ¿por qué la fuerza débil sólo afectan a los neutrones y protones ?

Gracias de antemano, estoy a la espera de su ayuda

Answer 1

Con respecto a la unificación sin las matemáticas, creo que es mejor para marcar de nuevo antes de la ruptura espontánea de simetría. Hubo un EM-como la fuerza mediada por la $A$-bosón, y una fuerza débil, que estaba mediada por un triplete de bosones: $W^{\pm}$ e las $W^0$. Todos estaban masa.

A lo largo viene el mecanismo de Higgs, y el $A$ $W^0$ se mezclan en el fotón ($\gamma$) y el $Z$. El $W$ $Z$ adquieren masa. Eso significa que la luz es parcialmente compuesta de $W^0$s. Creo que habría volado de Maxwell mente.

El CERN en 1982 fue, por supuesto, post ruptura espontánea de simetría. Lo que hicimos fue crear el $W$ $Z$ bosones, a la espera de masas basado en la teoría electrodébil. No había nada especial acerca de las reacciones que significaba que había unificación o no.

Para un simple ejemplo, buscar en SLAC/SLC. En el momento en que este era un colisionador electrón-positrón diseñado para hacer de la $Z$s. Una reacción es:

$$ e^+e^- \rightarrow e^+e^- $$

De las muchas maneras en que esto puede suceder, son dos:

$$ e^+e^- \rightarrow \gamma \rightarrow e^+e^- $$

$$ e^+e^- \rightarrow Z^0 \rightarrow e^+e^- $$

donde el intermedio de la partícula es virtual. A baja energía, la reacción electromagnética es completamente dominante, la fuerza débil es demasiado débil. Como la energía de la colisión se produce, el EM canal procede a un muy predecible ritmo. Como acercarse a la $Z$ de masa, la sección transversal va hacia arriba. Enormemente. Esto es debido a la resonancia de la producción a través de la débil canal.

También: la EM acoplamiento es no $\alpha \approx 1/137 $, se parece más a $1/128$ debido a la marcha de acoplamiento. Mientras tanto, la fuerza débil no es la más débil, es el acoplamiento es algo similar.

Por lo tanto: el fotón y el $Z$ similares de acoplamiento y bajo la misma reacción. Son tan similares, que estos 2 canales puede interferir mecánica cuántica, que conduce a la violación de la paridad para el polarizado de los leptones.

Tenía el experimento se ha hecho pre Alta Mecanismo, supongo que uno podría considerar la posibilidad de:

$$ e^+e^- \rightarrow A \rightarrow e^+e^- $$

$$ e^+e^- \rightarrow W^0 \rightarrow e^+e^- $$

pero eso no es algo que la gente hable acerca de.

En resumen: La unificación no es algo que podemos recrear en el laboratorio. Es teórica, sino que tiene implicaciones para lo que podemos medir en el laboratorio el día de hoy.

Es muy parecida a la de la unificación del campo eléctrico y el campo magnético: la teoría especial de la relatividad enseñó a utilizar son 2 partes de la misma cosa, una antisimétrica 4-tensor de campo. Asimismo, EM y la interacción Débil son 2 partes de un proceso más complejo, cosa que se llama la interacción electrodébil.

Answer 2

La unificación de las fuerzas en la teoría electrodébil fue propuesto debido a la belleza matemática esencialmente, me pareció correcto para tener un sistema unificado de calibre multiplet de la vuelta 1 bosones que interactuaron con los leptones. Puedes ver el artículo original de Weinberg aquí, pero la idea va más atrás, al menos a Julian Schwinger. Yo no soy un experto en QFT, así que tendrás que esperar a que alguien explicar por qué parecía tan natural a los físicos durante ese tiempo.

Que puedo decir de tu pregunta que también estás confundido acerca de otro punto. Las fuerzas no estaban unificados "en el CERN" cuando se encontraron con la W y Z... Ellos siempre están unificados en que la descripción más simple de la dinámica de estos campos requiere que los consideran como un paquete.

Al igual que la electricidad y el magnetismo se deben pensar un solo unificada de los fenómenos para obtener la más simple imagen, el mismo puede ser dicho acerca de la teoría electrodébil. El derecho por el Lr, de la Z, y los fotones son mezclas de otros 4 hermanos partículas llamado el Como y el Bs, así como algunos de los componentes del campo de Higgs. Estas calificaciones a y b son sin masa, como el fotón. Cuando el universo tiene frío suficiente, ciertas superposiciones de estas calificaciones a y b y la partícula de Higgs, se quedó encerrada en la realidad a través de la ruptura de la simetría electrodébil. El resultado final es que tenemos una masa neutra de fotones que se acopla a la carga eléctrica, y tres masiva de los bosones vectoriales, el W+, W-, y Z.

Que hemos encontrado el Lr y Z experimentalmente, y que su relación de la masa es consistente con lo que hemos de esperar que, dada su acoplamiento fortalezas a otras partículas es lo que nos dice la teoría unificada es correcta. I. e. cuando usamos la matemática imagen de un unificada de la teoría electrodébil, tenemos algunas predicciones acerca de que existen partículas y cómo interactúan con la materia; que esas predicciones son correctas.

Answer 3

Por desgracia, hay dos cuestiones aquí, que a menudo son ignorados en la popular descripciones.

La primera es que "la unificación electrodébil" no es realmente la unificación en todos, en la que por encima de la ruptura de la simetría electrodébil escala, los débiles y las fuerzas electromagnéticas son no diferentes aspectos de la misma fuerza. El grupo gauge sigue siendo un producto, $SU(2) \times U(1)$, y por lo tanto hay dos totalmente independiente medidor de campos. Contraste esto con la gran unificación, donde por encima de la ruptura de la simetría de escala del grupo gauge es simple, como $SU(5)$. En ese caso, nosotros realmente no tiene una sola fuerza. (He escrito una respuesta con un poco más de detalle acerca de esto aquí.)

La segunda es que la simetría electrodébil no es continua en las colisiones del LHC. La ruptura de la simetría electrodébil escala es, conceptualmente, una temperatura, no es una energía. Si usted vive en el interior de un gigantesco bloque de hielo, acelerando la velocidad de las dos moléculas de no girar todo el hielo de agua.

Es posible explicar estas cosas completamente y correctamente, pero que probablemente va a tomar más tiempo de lo que usted puede permitirse para sus estudiantes. En mi opinión, el mejor enfoque es conseguir el dibujo de los diagramas de Feynman, y guardar las palabras grandes para más tarde. Un gran recurso para los que está aquí.

Answer 4

Esta pregunta es conceptualmente relacionados a este, y va a ayudar si usted lee mi respuesta allí. Es la diferencia entre estadísticamente determinada y cinéticamente determinado las cantidades de interacciones simples. Para el agua, ver las curvas de 0 temperatura y 100C. Las moléculas individuales tienen una probabilidad de espectro para su velocidad.

Cuando la temperatura, la cual es definida por el promedio de la energía cinética molecular alcanza los 100 ° C en una fase de transición que sucede, depende del total de la muestra y no en el de las moléculas individuales.

Es más complicado con la ruptura de la simetría en la mecánica cuántica, pero conceptualmente similares. Las partículas elementales, en la tabla se describen como mecánico-cuántica de campos que cubren todo el espacio, en el cual mecánica cuántica operadores de actuar para generar un electrón (por ejemplo) con la creación de un operador, y propagar en el campo de electrones . Es la ruptura de la simetría de los campos que se caracteriza por la escala de 200GeV, no de las partículas individuales. Esto sólo puede suceder cuando, en la cosmología, la temperatura del universo, es decir, el promedio de la energía cinética de todas las partículas en la misma, están a 200 GeV, no sólo la energía cinética de la partícula interacciones.

Esto sucede en ~ $10^{-12}$ segundos después del Big Bang en la línea de tiempo cosmológico:

Espero que esto ayude.

Editar después de comentario:

Para atender a sus preguntas específicas:

Sé que el W+, W - y Z0 fueron descubiertos en 1982. Entonces, ¿qué ? Los portadores de la fuerza débil fueron descubiertos. ¿Cómo puede esto significar que la EM y la fuerza débil se unificaron en los momentos de estos CERN colisiones ?

El descubrimiento validó la teoría electrodébil of el modelo estándar,

En física de partículas, la interacción electrodébil es la descripción unificada de dos de los cuatro conocidos interacciones fundamentales de la naturaleza: el electromagnetismo y la interacción débil. Aunque estas dos fuerzas parecen muy diferentes a día de bajas energías, la teoría de los modelos como dos aspectos diferentes de la misma fuerza. Por encima de la unificación de la energía, en el orden de 246 GeV, se iban a fusionar en una sola interacciones electrodébiles. Por lo tanto, si el universo es lo suficientemente caliente (aproximadamente a $10^{15}$ K, una temperatura superior hasta poco después del Big Bang), entonces la fuerza electromagnética y la fuerza débil se funden en un combinado de la fuerza electrodébil. Durante el quark época, las interacciones electrodébiles divide en la electromagnética y la fuerza débil.

y el final de la validación fue el reciente descubrimiento de la partícula de Higgs en el mesón. La teoría es una teoría del campo cuántico, pero para ser verdad, tiene que ser partículas generadas en los campos cuando no hay suficiente energía. Si ellos no se habían descubierto , la teoría habría sido falsificados. El mecanismo de ruptura de simetría es matemáticamente complicado.

He tratado de dar una comprensión intuitiva de arriba. Como en el clásico de las transiciones de fase, de líquido a gas, las moléculas individuales pueden tener muy alta energía cinética, pero el colectivo de transición que ocurre cuando el promedio del conjunto alcanza una temperatura correspondiente a un promedio de velocidad, por lo que los campos que describe la partícula elemental de las interacciones tienen que ser espontáneamente rota,en algún momento en nuestro universo, no el de las interacciones individuales como se ve en los eventos medidos. Lo que vemos en las masas de W y Z es la prueba de que la teoría de obras y describe los datos.

La fuerza débil afecta a la mayoría de las partículas del modelo estándar de la tabla, no sólo los protones y los neutrones. Fue estudiado por primera vez en el neutrón se desintegra, pero hay un gran número de datos que involucra a la mayor parte de la tabla, como se indica en los comentarios a su pregunta.