Взаємодія Фермі

У фізиці елементарних частинок, взаємодія Фермі або ж теорія Фермі (бета-розпаду або ж взаємодії ферміонів) — це теорія, яку висунув італійський фізик Енріко Фермі в 1933 році для пояснення бета-розпаду.^[1][2][3][4] Теорія постулює, що 4 ферміони безпосередньо взаємодіють одне з одним в одній вершині (точці). Ця теорія є низькоенергетичним наближення сучасної теорії слабкої взаємодії. Крім пояснення бета-розпаду, теорія правильно передбачає час життя та розпад мюона.

Деталі

Бета-розпад нейтрону пояснювався як розпад на електрон, протон та нейтрино безпосередньою взаємодією. Згідно з сучасними уявленнями ця реакція протікає за посередництвом віртуального W-бозона. Фермі також пропонував пояснити ядерні сили як взаємодію що проходила з допомогою обміну електроном і нейтрино між протонами та нейтронами в ядрах. Однак ці частинки занадто легкі для цього — радіус такої взаємодії виходив надто великий (або ж сама взаємодія надто слабка відповідно). Згодом, стало зрозуміло що нуклони насправді обмінюються пі-мезонами.^[5]

Теорія Фермі не працює також для високих енергій. Так, обчислений переріз реакції росте квадратично з ростом енергії взаємодії ${\displaystyle \sigma \approx G_{\rm {F}}^{2}E^{2}}$ (проблема ультрафіолетових розбіжностей). Для енергії більше 100 ГеВ (коли енергій частинок стають порівнювані з масою W-бозона) вона дає неправдиві значення перерізів.

Стала Фермі

Сила взаємодії Фермі задається сталою зв'язку Фермі he strength G_F. Найточніше її можна виміряти по часу життя мюона (тобто, по рівню його розпаду), який обернено-пропорційний до квадрату G_F (якщо знехтувати відношення маси мюона до маси W бозона).^[6] В сучасних термінах:

${\displaystyle {\frac {G_{\rm {F}}}{(\hbar c)^{3}}}={\frac {\sqrt {2}}{8}}{\frac {g^{2}}{m_{\rm {W}}^{2}}}=1.16637(1)\times 10^{-5}\;{\textrm {GeV}}^{-2}\ .}$

Тут g це стала зв'язку слабкої взаємодії, а m_W — це маса W бозона, який є посередником реакцій.

В Стандартній моделі константа Фермі пов'язана з механізмом Хіґґса ${\displaystyle v=({\sqrt {2}}G_{\rm {F}})^{-1/2}\simeq 246.22\;{\textrm {GeV}}}$^[7]

Джерела

• Л.Б. Окунь. Лептоны и кварки. — Москва : «Наука», 1990. — 324 с.

Примітки

1. Fermi, E. (1933). Tentativo di una teoria dei raggi β. La Ricerca Scientifica (Italian) . 2 (12).
2. Fermi, E. (1934). Tentativo di una teoria dei raggi β. Il Nuovo Cimento (Italian) . 11 (1): 1—19. doi:10.1007/BF02959820.
3. Fermi, E. (1934). Versuch einer Theorie der beta-Strahlen. I. Zeitschrift für Physik (German) . 88: 161. Bibcode:1934ZPhy...88..161F. doi:10.1007/BF01351864.
4. Wilson, F. L. (1968). Fermi's Theory of Beta Decay. American Journal of Physics. 36 (12): 1150. Bibcode:1968AmJPh..36.1150W. doi:10.1119/1.1974382. Архів оригіналу за 12 травня 2013. Процитовано 11 березня 2015.
5. http://znaniya-sila.narod.ru/. Архів оригіналу за 2 квітня 2015. Процитовано 22 березня 2015.
6. Chitwood, D. B.; et al. (MuLan Collaboration) (2007). Improved Measurement of the Positive-Muon Lifetime and Determination of the Fermi Constant. Physical Review Letters. 99: 032001. arXiv:0704.1981. Bibcode:2007PhRvL..99c2001C. doi:10.1103/PhysRevLett.99.032001.
7. Plehn, T.; Rauch, M. (2005). Quartic Higgs coupling at hadron colliders. Physical Review D. 72: 053008. arXiv:hep-ph/0507321. Bibcode:2005PhRvD..72e3008P. doi:10.1103/PhysRevD.72.053008.