Ângulo de Weinberg - Weinberg angle

Weinberg ângulo θ _W , e a relação entre os acoplamentos g, g ', e de e = g pecado θ _W . Adaptado de Lee (1981).

O padrão de isospin fraca , T ₃ , e hipercarga fraca , Y _W , das partículas elementares conhecidas, mostrando a carga elétrica, Q , ao longo do ângulo de Weinberg. O campo neutro de Higgs (canto superior esquerdo, circulado) quebra a simetria eletrofraca e interage com outras partículas para dar-lhes massa. Três componentes do campo de Higgs tornam-se parte dos bósons W e Z massivos .

O ângulo de mistura fraca ou ângulo Weinberg é um parâmetro no Weinberg - Salam teoria da interacção electrofraca , parte do Modelo Padrão da física de partículas, e é geralmente designado como θ _W . É o ângulo pelo qual a quebra espontânea de simetria gira o original
C⁰
e o plano do bóson do vetor B ⁰ , produzindo como resultado o
Z⁰
 bóson e o fóton . Seu valor medido é de aproximadamente 30 °, mas varia ligeiramente, dependendo do momento relativo das partículas envolvidas nas interações para as quais o ângulo é usado.

Detalhes

A fórmula algébrica para a combinação do
C⁰
e bósons vetoriais B ⁰ (ou seja, 'mistura') que simultaneamente produz o massivo
Z⁰
 bóson e o fóton sem massa (
γ
) é expresso pela fórmula

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

O ângulo de mistura fraco também fornece a relação entre as massas dos bósons W e Z (denotados como m _W e m _Z ),

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

O ângulo pode ser expresso em termos dos acoplamentos e ( isospin g fraca e hipercarga g ′ fraca , respectivamente), ${\ displaystyle \ mathrm {SU} (2) _ {L}}$${\ displaystyle \ mathrm {U} (1) _ {Y}}$

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

A carga elétrica é então expressa em termos dela, e = g sen θ _W = g ′ cos θ _W (consulte a figura).

Como o valor do ângulo de mistura é atualmente determinado empiricamente, na ausência de qualquer derivação teórica substituta, ele é matematicamente definido como

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

O valor de θ _W varia em função da transferência de momento , ∆ Q , na qual ele é medido. Esta variação, ou ' corrida ', é uma previsão chave da teoria eletrofraca. As medições mais precisas foram realizadas em experimentos de colisor elétron-pósitron a um valor de ∆ Q = 91,2 GeV / c, correspondendo à massa do
Z⁰
 Higgs, m _Z .

Na prática, a grandeza sen ² θ _W é mais frequentemente usada. A melhor estimativa de 2004 de sin ² θ _W , em ∆ Q = 91,2 GeV / c, no esquema MS é 0,23120 ± 0,00015, que é a média das medições feitas em diferentes processos e em diferentes detectores. Os experimentos de violação de paridade atômica produzem valores para sen ² θ _W em valores menores de ∆ Q , abaixo de 0,01 GeV / c, mas com precisão muito menor. Em 2005 foram publicados resultados de um estudo de violação de paridade no espalhamento de Møller no qual um valor de sin ² θ _W = 0,2397 ± 0,0013 foi obtido em ∆ Q = 0,16 GeV / c, estabelecendo experimentalmente o chamado 'funcionamento' dos fracos ângulo de mistura. Esses valores correspondem a um ângulo de Weinberg de ≈30 °. LHCb medido em colisões próton-próton de 7 e 8 TeV um ângulo efetivo de sen ² ( θ ^ef
_W) = 0,23142, embora o valor de ∆ Q para essa medição seja determinado pela energia de colisão partônica, que está próxima da massa do bóson Z.

CODATA 2018 dá o valor

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

Notas de rodapé

Referências

• Erler, J .; Freitas, A .; et al. ( Particle Data Group (PDG)) (2019) [revisado em março de 2018]. "Revisão do modelo padrão" (PDF) .
• "E158: Uma medição de precisão do ângulo de mistura fraco na dispersão Møller" . Acelerador Linear de Stanford (SLAC). Stanford University .
• "Q-fraco: Um teste de precisão do Modelo Padrão e determinação das cargas fracas dos quarks através do espalhamento de elétrons que violam a paridade" . Jefferson National Accelerator Lab. US Department of Energy .