इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन

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कण भौतिकी में, इलेक्ट्रो कमजोर अंतःक्रिया या इलेक्ट्रोवीक बल प्रकृति के चार ज्ञात मौलिक इंटरैक्शन में से दो का एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत है: विद्युत और कमजोर इंटरैक्शन। हालांकि ये दो बल हर रोज कम ऊर्जा पर बहुत भिन्न दिखाई देते हैं, सिद्धांत उन्हें एक ही बल के दो अलग-अलग पहलुओं के रूप में प्रस्तुत करता है। इलेक्ट्रोवीक स्केल के ऊपर, 246 जीईवी के क्रम में,[lower-alpha 1] वे एक ही बल में विलीन हो जाएंगे। इस प्रकार, यदि तापमान काफी अधिक है - लगभग 1015 केल्विन - फिर विद्युत चुम्बकीय बल और कमज़ोर बल एक संयुक्त विद्युत दुर्बल बल में मिल जाते हैं। क्वार्क युग (महा विस्फोट के तुरंत बाद) के दौरान, विद्युत दुर्बल बल विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बल में विभाजित हो गया। यह माना जाता है कि आवश्यक तापमान 1015 K में क्वार्क युग से पहले के परिमाण_(तापमान) के आदेश हैं, और वर्तमान में तापीय संतुलन में मानव निर्मित उच्चतम तापमान लगभग 5.5x10 है12 के (लार्ज हैड्रान कोलाइडर से)।

शेल्डन ग्लासो,[1] नमस्ते अब्दुस ,[2] और स्टीवन वेनबर्ग [3] वेनबर्ग-सलाम सिद्धांत के रूप में जाने जाने वाले प्राथमिक कणो के बीच कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बातचीत के एकीकरण में उनके योगदान के लिए भौतिकी में 1979 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।[4][5] इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन का अस्तित्व प्रयोगात्मक रूप से दो चरणों में स्थापित किया गया था, पहला 1973 में गर्गमेल सहयोग द्वारा न्यूट्रिनो स्कैटरिंग में तटस्थ धाराओं की खोज, और दूसरा 1983 में यूए1 और यूए2 सहयोगों द्वारा डब्ल्यू की खोज में शामिल था। और जेड बोसोन परिवर्तित सुपर प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन में प्रोटॉन-एंटीप्रोटोन टक्करों में बोसॉन गेज करते हैं। 1999 में, जेरार्डस के टी हूफ्ट और मार्टिन वेल्टमैन को यह दिखाने के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था कि इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत का पुन: सामान्यीकरण किया जा सकता है।

इतिहास

1956 में वू प्रयोग के बाद कमजोर अंतःक्रिया में समता उल्लंघन का पता चला, कमजोर अंतःक्रिया और विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं को जोड़ने के तरीके की खोज शुरू हुई। अपने डॉक्टरेट सलाहकार जूलियन श्विंगर के काम का विस्तार करते हुए, शेल्डन ग्लासो ने पहली बार दो अलग-अलग समरूपता, एक चिरलिटी (भौतिकी) और एक अचिरल को पेश करने के साथ प्रयोग किया, और उन्हें इस तरह संयोजित किया कि उनकी समग्र समरूपता अखंड थी। इससे पुनर्सामान्यीकरण गेज सिद्धांत नहीं निकला, और इसके गेज समरूपता को हाथ से तोड़ा जाना था क्योंकि कोई स्वतःस्फूर्त समरूपता टूटने का पता नहीं था, लेकिन इसने एक नए कण, जेड बोसोन की भविष्यवाणी की। इसे बहुत कम नोटिस मिला, क्योंकि यह किसी प्रायोगिक खोज से मेल नहीं खाता था।

1964 में, अब्दुस सलाम और जॉन क्लाइव वार्ड[6] एक ही विचार था, लेकिन मैन्युअल रूप से टूटी हुई समरूपता के साथ एक बड़े पैमाने पर फोटॉन और तीन बड़े पैमाने पर गेज बोसोन की भविष्यवाणी की। बाद में 1967 के आसपास, स्वतःस्फूर्त समरूपता के टूटने की जांच करते हुए, वेनबर्ग ने द्रव्यमान रहित, तटस्थ गेज बोसोन की भविष्यवाणी करते हुए समरूपता का एक सेट पाया। प्रारंभ में इस तरह के एक कण को ​​बेकार के रूप में खारिज करते हुए, बाद में उन्होंने महसूस किया कि उनकी समरूपता ने इलेक्ट्रोविक बल का उत्पादन किया, और उन्होंने डब्ल्यू और जेड बोसोन के लिए मोटे द्रव्यमान की भविष्यवाणी की। गौरतलब है कि उन्होंने सुझाव दिया कि यह नया सिद्धांत पुनर्सामान्यीकरण योग्य था।[3]1971 में, जेरार्ड 'टी हूफ्ट ने साबित किया कि अनायास टूटी हुई गेज समरूपता बड़े पैमाने पर गेज बोसॉन के साथ भी सामान्य हो जाती है।

सूत्रीकरण

वेनबर्ग का कमजोर मिश्रण कोण θW, और युग्मन स्थिरांक के बीच संबंध g, g′, और e. ली (1981) से रूपांतरित।[7]
कमजोर आइसोस्पिन का पैटर्न, T3, और कमजोर हाइपरचार्ज, YW, ज्ञात प्राथमिक कणों का, विद्युत आवेश दिखा रहा है, Q, कमजोर मिश्रण कोण के साथ। तटस्थ हिग्स क्षेत्र (परिक्रमा) विद्युत कमजोर समरूपता को तोड़ता है और उन्हें द्रव्यमान देने के लिए अन्य कणों के साथ संपर्क करता है। हिग्स फील्ड के तीन घटक बड़े पैमाने का हिस्सा बन जाते हैं
W
और
Z
बोसोन।

गणितीय रूप से, इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म एक यांग-मिल्स सिद्धांत के रूप में कमजोर अंतःक्रियाओं के साथ एकीकृत है। एसयू (2) × एकात्मक समूह के साथ यांग-मिल्स क्षेत्र। यू (1) गेज सिद्धांत, जो औपचारिक संचालन का वर्णन करता है जिसे इलेक्ट्रोवीक गेज पर लागू किया जा सकता है। सिस्टम की गतिशीलता को बदले बिना फ़ील्ड। ये क्षेत्र कमजोर आइसोस्पिन क्षेत्र हैं W1, W2, और W3, और कमज़ोर हाइपरचार्ज फ़ील्ड B.

इस व्युत्क्रम को इलेक्ट्रोविक समरूपता के रूप में जाना जाता है।

एसयू (2) और एकात्मक समूह या यू (1) के एक समूह के जनरेटिंग सेट को कमजोर आइसोस्पिन (लेबल किया गया) नाम दिया गया है T) और कमजोर हाइपरचार्ज (लेबल Y) क्रमश। ये तब गेज बोसोन को जन्म देते हैं जो इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन - तीनों को मध्यस्थ करते हैं W कमजोर आइसोस्पिन के बोसोन (W1, W2, और W3), और यह B क्रमशः कमजोर हाइपरचार्ज का बोसोन, जो सभी शुरू में द्रव्यमान रहित होते हैं। सहज समरूपता टूटने और संबद्ध हिग्स तंत्र से पहले ये अभी तक भौतिक क्षेत्र नहीं हैं।

मानक मॉडल में, देखे गए भौतिक कण, डब्ल्यू और जेड बोसोन या
W±
और
Z0
बोसोन, और फोटॉन, विद्युत दुर्बल समरूपता एसयू (2) × यू (1) के स्वतःस्फूर्त समरूपता को तोड़ने के माध्यम से उत्पन्न होते हैंY हे (1)em,[lower-alpha 2] हिग्स तंत्र द्वारा प्रभावित (हिग्स बॉसन भी देखें), एक विस्तृत क्वांटम-क्षेत्र-सैद्धांतिक घटना जो अनायास समरूपता की प्राप्ति को बदल देती है और स्वतंत्रता की डिग्री को पुनर्व्यवस्थित करती है।[8][9][10][11]

विद्युत आवेश के विशेष रेखीय संयोजन (गैर-तुच्छ) के रूप में उत्पन्न होता है YW (कमजोर हाइपरचार्ज) और T3 कमजोर आइसोस्पिन का घटक यह हिग्स बोसॉन के साथ नहीं जुड़ता है। कहने का तात्पर्य है: हिग्स और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का एक दूसरे पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, मौलिक बलों (वृक्ष स्तर) के स्तर पर, जबकि हाइपरचार्ज और कमजोर आइसोस्पिन के किसी भी अन्य संयोजन को हिग्स के साथ बातचीत करनी चाहिए। यह कमजोर बल के बीच एक स्पष्ट अलगाव का कारण बनता है, जो हिग्स और विद्युत चुंबकत्व के साथ संपर्क करता है, जो नहीं करता है। गणितीय रूप से, विद्युत आवेश हाइपरचार्ज और का एक विशिष्ट संयोजन है T3 चित्र में उल्लिखित।

U(1)em (केवल विद्युत चुम्बकत्व का सममिति समूह) इस विशेष रेखीय संयोजन द्वारा उत्पन्न समूह, और समरूपता द्वारा वर्णित समूह के रूप में परिभाषित किया गया है U(1)em समूह अखंड है, क्योंकि यह सीधे हिग्स के साथ इंटरैक्ट नहीं करता है।[lower-alpha 3]

उपरोक्त स्वतःस्फूर्त समरूपता को तोड़कर बनाता है W3 और B बोसोन अलग-अलग द्रव्यमान वाले दो अलग-अलग भौतिक बोसोन में विलीन हो जाते हैं - द
Z0
बोसोन और फोटॉन (
γ
),

कहाँ θW कमजोर मिश्रण कोण है। कणों का प्रतिनिधित्व करने वाली कुल्हाड़ियों को अनिवार्य रूप से अभी-अभी घुमाया गया है, (W3, B) समतल, कोण से θW. यह द्रव्यमान के बीच एक बेमेल का भी परिचय देता है
Z0
और का द्रव्यमान
W±
कण (के रूप में निरूपित mZ और mW, क्रमश),

W}1 और W2 बोसोन, बदले में, चार्ज किए गए भारी बोसोन का उत्पादन करने के लिए गठबंधन करते हैं 
W±
:


लग्रंगियन

इलेक्ट्रोवीक समरूपता टूटने से पहले

विद्युत दुर्बलता अंतःक्रियाओं के लिए लाग्रंगियन (क्षेत्र सिद्धांत) को विद्युत दुर्बल सममिति विखंडन प्रकट होने से पहले चार भागों में विभाजित किया गया है,

 h> शब्द तीनों के बीच की बातचीत का वर्णन करता है W वेक्टर बोसोन और B वेक्टर बोसोन,
,

कहाँ () और कमजोर आइसोस्पिन और कमजोर हाइपरचार्ज गेज फील्ड के लिए क्षेत्र शक्ति टेंसर हैं।

मानक मॉडल फरमिओन्स के लिए गतिज शब्द है। गेज बोसोन और फ़र्मियन की परस्पर क्रिया गेज सहसंयोजक व्युत्पन्न के माध्यम से होती है,

,

जहां सबस्क्रिप्ट j फरमिओन्स की तीन पीढ़ियों से अधिक रकम; Q, u, और d बाएं हाथ के डबलट, दाएं हाथ के सिंगलेट अप और दाएं हाथ के सिंगलेट डाउन क्वार्क क्षेत्र हैं; और L और e बाएँ हाथ के दोहरे और दाएँ हाथ के एकल इलेक्ट्रॉन क्षेत्र हैं।

फेनमैन स्लैश नोटेशन का अर्थ है डायराक मेट्रिसेस के साथ 4-ग्रेडिएंट का संकुचन, जिसे परिभाषित किया गया है

और सहसंयोजक व्युत्पन्न (मजबूत बातचीत के लिए ग्लूऑन गेज क्षेत्र को छोड़कर) के रूप में परिभाषित किया गया है

यहाँ कमजोर हाइपरचार्ज है और कमजोर आइसोस्पिन के घटक हैं। h> पद हिग्स क्षेत्र का वर्णन करता है और इसकी खुद के साथ बातचीत और गेज बोसोन,

,

कहाँ वैक्यूम अपेक्षा मूल्य है। h> शब्द युकावा की बातचीत का वर्णन फर्मों के साथ करता है,

और उनके द्रव्यमान उत्पन्न करता है, तब प्रकट होता है जब हिग्स फील्ड एक गैर-शून्य वैक्यूम अपेक्षा मान प्राप्त करता है, जिसकी चर्चा आगे की गई है। एच> के लिए युकावा कपलिंग के मेट्रिसेस हैं।

विद्युत कमजोर समरूपता के टूटने के बाद

Lagrangian खुद को पुनर्गठित करता है क्योंकि हिग्स बोसॉन पिछले अनुभाग की क्षमता से निर्धारित एक गैर-लुप्त होने वाली वैक्यूम अपेक्षा मान प्राप्त करता है। इस पुनर्लेखन के परिणामस्वरूप, समरूपता का टूटना स्पष्ट हो जाता है। ब्रह्मांड के इतिहास में, ऐसा माना जाता है कि यह गर्म बड़े धमाके के तुरंत बाद हुआ था, जब ब्रह्मांड का तापमान 159.5±1.5 जीईवी था[12] (कण भौतिकी के मानक मॉडल को मानते हुए)।

इसकी जटिलता के कारण, इस लाग्रंगियन को निम्न प्रकार से कई भागों में तोड़कर सबसे अच्छा वर्णन किया गया है।

गतिज शब्द लाग्रंगियन के सभी द्विघात शब्द शामिल हैं, जिसमें गतिशील शब्द (आंशिक डेरिवेटिव) और द्रव्यमान शब्द शामिल हैं (समरूपता तोड़ने से पहले लाग्रंगियन से स्पष्ट रूप से अनुपस्थित)

जहां योग सिद्धांत (क्वार्क और लेप्टान), और क्षेत्रों के सभी फर्मों पर चलता है , , , और के रूप में दिए गए हैं

साथ '' संबंधित क्षेत्र से प्रतिस्थापित किया जाना है (, , ), और f abc उचित गेज समूह की संरचना स्थिरांक द्वारा।

तटस्थ धारा और चार्ज करंट लाग्रंगियन के घटकों में फरमिओन्स और गेज बोसोन के बीच परस्पर क्रिया होती है,

कहाँ इलेक्ट्रोमैग्नेटिक करंट है

कहाँ फर्मियंस का विद्युत आवेश है।

तटस्थ कमजोर धारा है

कहाँ फर्मीअन्स का कमजोर आइसोस्पिन है।[lower-alpha 4]

लाग्रंगियन का आवेशित वर्तमान भाग द्वारा दिया गया है

कहाँ दाएँ हाथ का एकल न्यूट्रिनो क्षेत्र और CKM मैट्रिक्स है क्वार्क के द्रव्यमान और कमजोर ईजेनस्टेट्स के बीच मिश्रण को निर्धारित करता है।[lower-alpha 4]

इसमें हिग्स के तीन-बिंदु और चार-बिंदु वाले आत्म-अंतःक्रिया शब्द शामिल हैं,

गेज वेक्टर बोसोन के साथ हिग्स इंटरैक्शन शामिल है,

गेज थ्री-पॉइंट सेल्फ इंटरैक्शन शामिल है,

गेज चार-बिंदु स्वयं इंटरैक्शन शामिल है,

फर्मियंस और हिग्स फील्ड के बीच युकावा इंटरैक्शन शामिल है,


यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. The particular number 246 GeV is taken to be the vacuum expectation value of the Higgs field (where is the Fermi coupling constant).
  2. Note that U(1)Y and U(1)em are distinct instances of generic U(1): Each of the two forces gets its own, independent copy of the unitary group.
  3. Although electromagnetism – e.g. the photon – does not directly interact with the Higgs boson, it does interact indirectly, through quantum fluctuations.
  4. 4.0 4.1 Note the factors in the weak coupling formulas: These factors are deliberately inserted to expunge any left-chiral components of the spinor fields. This is why electroweak theory is said to be a chiral theory.


संदर्भ

  1. Glashow, S. (1959). "The renormalizability of vector meson interactions." Nucl. Phys. 10, 107.
  2. Salam, A.; Ward, J. C. (1959). "कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बातचीत". Nuovo Cimento. 11 (4): 568–577. Bibcode:1959NCim...11..568S. doi:10.1007/BF02726525. S2CID 15889731.
  3. 3.0 3.1 Weinberg, S (1967). "लेप्टान का एक मॉडल" (PDF). Phys. Rev. Lett. 19 (21): 1264–66. Bibcode:1967PhRvL..19.1264W. doi:10.1103/PhysRevLett.19.1264. Archived from the original (PDF) on 2012-01-12.
  4. S. Bais (2005). The Equations: Icons of knowledge. p. 84. ISBN 0-674-01967-9.
  5. "The Nobel Prize in Physics 1979". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-16.
  6. Salam, A.; Ward, J.C. (November 1964). "विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बातचीत". Physics Letters (in English). 13 (2): 168–171. doi:10.1016/0031-9163(64)90711-5.
  7. Lee, T.D. (1981). Particle Physics and Introduction to Field Theory.
  8. Englert, F.; Brout, R. (1964). "Broken symmetry and the mass of gauge vector mesons". Physical Review Letters. 13 (9): 321–323. Bibcode:1964PhRvL..13..321E. doi:10.1103/PhysRevLett.13.321.
  9. Higgs, P.W. (1964). "Broken symmetries and the masses of gauge bosons". Physical Review Letters. 13 (16): 508–509. Bibcode:1964PhRvL..13..508H. doi:10.1103/PhysRevLett.13.508.
  10. Guralnik, G.S.; Hagen, C.R.; Kibble, T.W.B. (1964). "Global conservation laws and massless particles". Physical Review Letters. 13 (20): 585–587. Bibcode:1964PhRvL..13..585G. doi:10.1103/PhysRevLett.13.585.
  11. Guralnik, G.S. (2009). "The history of the Guralnik, Hagen, and Kibble development of the theory of spontaneous symmetry breaking and gauge particles". International Journal of Modern Physics A. 24 (14): 2601–2627. arXiv:0907.3466. Bibcode:2009IJMPA..24.2601G. doi:10.1142/S0217751X09045431. S2CID 16298371.
  12. D'Onofrio, Michela; Rummukainen, Kari (2016). "Standard model cross-over on the lattice". Phys. Rev. D. 93 (2): 025003. arXiv:1508.07161. Bibcode:2016PhRvD..93b5003D. doi:10.1103/PhysRevD.93.025003. hdl:10138/159845. S2CID 119261776.


अग्रिम पठन

सामान्य पाठक


ग्रंथ

  • D. J. Griffiths (1987). प्राथमिक कणों का परिचय. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-60386-4.
  • W. Greiner; B. Müller (2000). कमजोर अंतःक्रियाओं का गेज सिद्धांत. Springer. ISBN 3-540-67672-4.
  • G. L. Kane (1987). आधुनिक प्राथमिक कण भौतिकी. Perseus Books. ISBN 0-201-11749-5.

लेख

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