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Elektroschwache Wechselwirkung


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Inhaltsverzeichnis

Elektroschwache Wechselwirkung

Die elektroschwache Wechselwirkung ist die vereinheitlichte aus der Quantenelektrodynamik und der schwachen Wechselwirkung . Sie ist neben der Quantenchromodynamik ein Pfeiler des Standardmodells der Physik. Diese Vereinheitlichung wurde zunächst S.L. Glashow A.Salam und S.Weinberg 1967 theoretisch beschrieben experimentell wurde die 1973 (Entdeckung der NC-Ströme) und 1983 (Entdeckung <math> Z^0 </math>) bestätigt. Eine Besonderheit ist Verletzung der Parität durch die elektroschache Wechselwirkung.

Physik der schwachen und el.-schwachen Wechselwirkung

Für die physikalische Beschreibung ist es die Leptonen bzw. Quarks einer Generation zu einem Dublett für Teilchen und zu Singuletts für rechtshändige Teilchen Die elektroschwache Wechselwirkung wirkt auf folgende Teilchendubletts Singuletts (aus Fermionen ) :

Dubletts:
Leptonen
<math> {e \choose \nu_e}_L </math> <math> {\mu \choose \nu_\mu}_L </math> <math> {\tau \choose \nu_\tau}_L </math> el.Ladungen <math>{-1}\choose{0}</math> schwache Ladungen Y: <math>{-1} \choose {-1} Isospin: <math>{+1/2} \choose {-1/2} </math>
Quarks
<math> {u \choose d'}_L </math> <math> {c \choose s'}_L </math> <math> {t \choose b'}_L </math> el.Ladungen Q: <math>{2/3}\choose{-1/3}</math> schwache Ladungen Y: <math>{-1/3} \choose {-1/3} Isospin I: <math>{+1/2} \choose {-1/2} </math>

Singuletts (I=0):
1 2 3 el. Ladung Q schw. Ladung Y
<math>\nu_{e R}</math> <math>\nu_{\mu R}</math> <math>\nu_{\tau R}</math> 0 0
<math>e^-_R</math> <math>\mu^-_R</math> <math>\tau^-_R</math> -1 -2
<math>u_R</math> <math>c_R</math> <math>t_R</math> +2/3 +4/3
<math>d_R</math> <math>s_R</math> <math>b_R</math> -1/3 -2/3

sowie auf die zugehörigen Antiteilchen und diesen Teilchen zusammengesetzte Systeme. Zusätzlich zur elektrischen tragen die oben aufgezählten Teilchen eine schwache <math>Y</math>. Der Strich bei d s b auf die CKM-Mischung hinweisen.

Wie bei allen Quantenfeldtheorien werden auch in der elektroschwachen Theorie Wechselwirkungen durch Eichbosonen vermittelt. Während die schwache durch zwei Bosonen (Kopplungskonstante <math>g</math> Bosonen <math> </math>) und die elektromagnetische Wechselwirkung durch ein Boson ( Photonen ) <math> \gamma</math> verursacht wird tritt in elektroschwachen - verheinheitlichten - Theorie vier Bosonen

  • ein Photon <math>\gamma</math> masselos nicht geladen
  • zwei W-Bosonen <math> W^\pm </math> Masse GeV Ladung ±1
  • ein <math>Z^0</math>-Boson Masse 91.18(7) GeV nicht

Ein Auftreten neuer Effekte (hier Z-Boson) nicht in den zugrundelegenden Theorien beschrieben sind typisch für Vereinigungen.

Das Photon verhält sich weiterhin wie Rahmen der QED beschrieben

Das ungeladene Eichboson Z wirkt nun alle in der Tabelle aufgeführten Teilchen sowohl als auch linkshändige Teilchen bzw. sowohl auf als auch Doubletts gemäß deren schwacher Ladung (nicht der elektrischen Ladung). Insbesondere bei Z man daher von neutralen Strömen (NC). Dieser der elektroschwachen Wechselwirkung verändert (wie in Abb.1 zu sehen) nicht die Flavours der beteiligten Es tritt eine - teilweise- Verletzung der Parität auf.

Komplizierter gestaltet sich die Beschreibung für diesen Anteil bezeichnet man auch als "geladene (CC). Hier tritt die maximale Verletzung der auf: Die geladenen Ströme kopplen ausschließlich an linkshändigen Dubletts (Abb.3 4). Die W-Bosonen "ändern" das Flavour (z.B. wird aus einem Elektron Elektron-Neutrino ...). Bei Quarks ist hierbei die (benannt nach Cabbibo M.Kobayashi T.Masakawa) zu beachten: Ein u-Quark kann durch <math>W^-</math> nicht nur ein d-Quark umgewandelt werden es besteht - auch mit geringerer Wahrscheinlichkeit - die Möglichkeit s-Quark oder b-Quark zu erhalten. Dieses Verhalten dadurch verursacht dass die Massen-Eigenzustände nicht mit so genannten Wechselwirkungs-Eigenzuständen übereinstimmen.

Wechselwirkung und Masse

Massenbehaftete Eichbosonen können in der Feldtheorie nur mit Hilfe eines Skalarfeldes beschrieben werden dass den beteiligten Eichbosonen verleiht. In der elektroschwachen Theorie ist dieses das Higgs-Feld (benannt nach P. Higgs). Dabei man an dass das skalare Higgs-Feld im frühen Universum nur ein Minimum besaß.

Durch die fortlaufende Abkühlung folgte ein Symmetriebruch und das Higgs-Feld fiel in ein Minimum. Die Eichbosonen der elektroschwachen Wechselwirkung erhalten die Ankopplung an das Higgs-Feld endliche Massen. direkter Nachweis des Higgs-Teilchens ist bisher nicht

Erweiterungen der elektroschwachen Wechselwirkung

Man versucht die elektroschwache Wechselwirkung ihrerseits anderen Wechselwirkungen zu vereinigen. Naheliegend ist die um die starke Wechselwirkung ( QCD ) zu einer GUT . Durch Einführen einer neuartigen Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen - der Supersymmetrie - versucht man in der so SuSy-GUT das physikalische Weltbild zu ergänzen.



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