Corriente neutra

Interacción de partículas de fuerza débil

Las interacciones de corriente neutra débil son una de las formas en que las partículas subatómicas pueden interactuar mediante la fuerza débil . Estas interacciones están mediadas por el bosón Z. El descubrimiento de las corrientes neutras débiles fue un paso significativo hacia la unificación del electromagnetismo y la fuerza débil en la fuerza electrodébil , y condujo al descubrimiento de los bosones W y Z.

En lenguaje sencillo

La fuerza débil es mejor conocida por su papel en la desintegración nuclear. Tiene un alcance muy corto pero (aparte de la gravedad) es la única fuerza que interactúa con los neutrinos . Como otras fuerzas subatómicas, la fuerza débil está mediada por partículas de intercambio. Quizás la más conocida de las partículas de intercambio de la fuerza débil sea la partícula W , que participa en la desintegración beta . Las partículas W tienen carga eléctrica (hay partículas W positivas y negativas); sin embargo, el bosón Z también es una partícula de intercambio para la fuerza débil, pero no tiene carga eléctrica.

El intercambio de un bosón Z transfiere impulso , espín y energía , pero no afecta los números cuánticos de las partículas que interactúan: carga, sabor , número bariónico , número leptónico , etc. Debido a que no hay transferencia de carga eléctrica involucrada, el intercambio de partículas Z es denominado "neutral" en la frase "corriente neutra". Sin embargo, la palabra "corriente" aquí no tiene nada que ver con la electricidad, simplemente se refiere al intercambio de la partícula Z. ^[1]

La interacción de corriente neutra del bosón Z está determinada por un número cuántico derivado llamado carga débil , que actúa de manera similar al isospín débil para las interacciones con los bosones W.

Definición

La corriente neutra que da nombre a la interacción es la de las partículas que interactúan.

Por ejemplo, la contribución de la corriente neutral al
v
_mi
mi⁻
→
v
_mi
mi⁻
la amplitud de dispersión elástica es

${\displaystyle {\mathfrak {M}}^{\mathsf {NC}}~\propto ~J_{\mu }^{\mathsf {(NC)}}(\nu _{\mathrm {e} })\;J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(\mathrm {e^{-}} )\ ,}$

donde las corrientes neutras que describen el flujo del neutrino y del electrón vienen dadas por: ^[2]

${\displaystyle J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(f)={\bar {u}}_{f}\ \gamma ^{\mu }\ {\frac {1}{2}}\left(g_{\mathsf {V}}^{f}-g_{\mathsf {A}}^{f}\ \gamma ^{5}\right)\ u_{f}\ ,}$

donde: ^[2]

${\displaystyle g_{\mathsf {V}}^{f}=T_{3}(f)-2\sin ^{2}\theta _{\mathsf {W}}\ Q(f)={\frac {1}{2}}\ Q_{\mathsf {W}}(f)}$

y son los acoplamientos vectoriales y axiales para fermiones, denota el isospin débil de los fermiones, Q su carga eléctrica y su carga débil . Estos acoplamientos equivalen esencialmente a quirales izquierdos para los neutrinos y axiales para los leptones cargados . ${\displaystyle \ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\ }$ ${\displaystyle \ f~.}$ ${\displaystyle \ T_{3}\ }$ ${\displaystyle \ Q_{\mathsf {W}}\ }$

El bosón Z puede acoplarse a cualquier partícula del modelo estándar, excepto a gluones y fotones ( los neutrinos estériles también serían una excepción, si se descubriera que existen). Sin embargo, cualquier interacción entre dos partículas cargadas que pueda ocurrir mediante el intercambio de un bosón Z virtual también puede ocurrir mediante el intercambio de un fotón virtual . A menos que las partículas que interactúan tengan energías del orden de la masa del bosón Z (91 GeV) o superiores, el intercambio virtual del bosón Z tiene el efecto de una pequeña corrección de la amplitud del proceso electromagnético. ${\displaystyle \ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,}$

Los aceleradores de partículas con las energías necesarias para observar las interacciones de corrientes neutras y medir la masa del bosón Z no estuvieron disponibles hasta 1983.

Por otro lado, las interacciones del bosón Z que involucran neutrinos tienen firmas distintivas: proporcionan el único mecanismo conocido para la dispersión elástica de neutrinos en la materia; Es casi tan probable que los neutrinos se dispersen elásticamente (a través del intercambio del bosón Z) como inelásticamente (a través del intercambio del bosón W ), lo que es de gran importancia experimental, por ejemplo en el experimento del Observatorio de Neutrinos de Sudbury .

Las corrientes neutras débiles fueron predichas por la teoría electrodébil desarrollada principalmente por Abdus Salam , John Clive Ward , Sheldon Glashow y Steven Weinberg , ^[3] y confirmadas poco después, en 1973, en un experimento de neutrinos en la cámara de burbujas Gargamelle del CERN .

Ver también

• corriente cargada
• Corriente neutra que cambia de sabor
• Oscilación de partículas neutras
• Corriente eléctrica
• Cromodinámica cuántica
• Observatorio de neutrinos de Sudbury # Interacción con corriente neutral
• carga débil

Referencias

1. Nave, R. "Corriente neutra". GSU.
2. "Conferencia 11: Interacciones débiles" (PDF) . Física de Partículas (apuntes del curso). Universidad de Edimburgo . pag. 7 . Consultado el 20 de mayo de 2021 .
3. "El Premio Nobel de Física 1979". Fundación Nobel . Consultado el 10 de septiembre de 2008 .

enlaces externos

• "Descubrimiento de corrientes neutras débiles". Correo del CERN . 3 de octubre de 2004.
• "Gargamela". Web pública del CERN . Investigación. Archivado desde el original el 27 de agosto de 2011 . Consultado el 27 de agosto de 2011 .
• "Interacción de corriente neutra". Británica.
• Nave, R. “Corriente neutra”. GSU.
• Nieves, J.; Valverde, M.; Vicente Vacas, MJ (2006). "Reacciones de emisión de nucleones inducidas por neutrinos de corriente neutra y cargada" (PDF) . Acta Física Polonica B. 37 (8): 2295–2301. arXiv : hep-ph/0605221 . Código Bib : 2006AcPPB..37.2295N. Archivado desde el original (PDF) el 21 de enero de 2012.
• "Gargamela". Revista Simetría . 2009-07-07.
• Fraser, Gordon (3 de noviembre de 1998). "Veinticinco años de corrientes neutras". Correo del CERN . 27904. Gordon Fraser analiza cómo la confirmación de la existencia de corrientes neutras marcó el comienzo de una nueva comprensión de la física.
• Fenkart, Sanje (3 de julio de 2023). "La odisea de los neutrinos del CERN". Correo del CERN . Sanje Fenkart relata el descubrimiento de las corrientes neutras en su 50 aniversario
• Padilla, Antonio (Tony). Brady Haran (ed.). "Gargamelle y corrientes neutras". Sesenta símbolos . Universidad de Nottingham .