1. 전자기와 약한 상호작용
평면파의 실제 부분을 살펴보고 더 자세히 이해해 봅시다.
지수함수가 2=cos0+isin0을 사용하면 평면파의 실수부는 실수부 ~08(8. ;-010= cos(1e-01)-000)(za((-숫자))(3.22 ) , 여기서 &-방향은 2축 방향인 k-방향 점으로 가정하고, 파수라고 하는 , 각 주파수라고 하는 0은 각각 파장 1과 파장 1과 (3.23)의 관계를 갖는다.
주기 T. 그러면 이 평면파의 속도 광속은 (3.24)와 같으며 마지막 등호는 (3.21)식을 사용하였다.
방정식 (3.18)의 해인 평면파를 나타내는 방정식 (3.20)과 스칼라 포텐셜과 벡터 전위에 대한 파동 방정식인 방정식 (3.19)은 공간을 전파하는 전자기파를 나타내며, 여기서 전자기장은 전위로 표시되며 파장은 각각 0과 k로 표시됩니다.
한편, 우리는 양자론을 통해 전자기파가 파동 현상일 뿐만 아니라 동시에 입자 현상이기도 하며, 전자기파는 입자인 광자(77, 광자)의 흐름이라고 볼 수 있음을 알게 되었습니다.
이때 주파수와 파수 0, k의 전자기파에 해당하는 광자의 에너지 E와 운동량 D는 E=hw(3.25)이다.
이 관계식 0=2를 이용하면 식 (3.21)로 주어지는 평면파의 주파수와 파수의 관계는 광자의 에너지와 운동량의 관계인 E=02(3.26)가 된다.
이 방정식은 특수 상대성 이론에서 파생된 것으로 유명한 아인슈타인 방정식 P= 02+mld (3.27) k와 비교하면 광자의 나머지 질량이 0임을 알 수 있습니다.
따라서 R로부터 전자 사이의 전기적 상호작용은 질량이 0인 광자에 의해 매개된다고 할 수 있으며, 전자기장 하에서 양자장 이론을 적용한 양자전기역학에서 그림 3.7은 두 전자의 산란을 전기적으로 더 잘 설명하는 메커니즘을 보여준다.
상호 작용이 중재됩니다.
그러나 우리 주변에서 관찰되는 전자기 현상을 설명함에 있어서 전기력이 광자에 의해 매개된다는 것을 소개할 필요는 없습니다.
그런 식으로 설명하려고 하면 불필요하게 일이 복잡해집니다.
그러나 소립자 사이의 상호 작용이 일어나는 전자 산란 문제를 제대로 해결하려면 전자와 같은 전자의 충돌은 그림 3.7과 같이 전자 간의 충돌이 광자에 의해 매개된다고 설명하면 정확하게 설명할 수 있습니다.
이러한 유형의 매핑을 파인만 다이어그램이라고 하며 양자 전기 역학을 사용하여 문제를 해결하는 실제 계산에 큰 도움이 됩니다.
그러나 문제가 물리적으로 어떻게 발생하는지 정성적으로 보여주기 위해 Feynman 다이어그램만 사용할 것입니다.
그림 3.7의 파인만 다이어그램은 각각 운동량 hk와 k’를 가진 두 전자의 산란을 보여주며, 두 전자는 운동량 hg로 광자를 교환합니다.
이 다이어그램에서 시간은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행합니다.
광자의 교환은 광자가 하나의 전자에 의해 방출되고 다른 전자에 의해 흡수되는 것으로 구성되며, 이러한 상호작용을 매개하는 광자를 가상 광자라고 합니다.
이러한 가상 광자는 실제로 관찰되지 않습니다.
즉, 두 전자가 상호작용할 때 한 전자가 방출한 전자는 관찰되지 않고 다른 전자가 흡수한다.
상호 작용을 매개하는 모든 입자는 이러한 방식으로 설명되는 가상의 입자입니다.
전자기 상호 작용이 두 전하 사이의 광자 교환을 통해 작동하는 것처럼 약한 상호 작용은 약력을 교환하는 두 입자 사이의 중간 입자 교환을 통해 작동합니다.
전자기적 상호 작용을 매개하는 입자인 광자는 질량이 없고 전하가 없는 중성이지만 약한 상호 작용을 매개하는 입자는 상당히 큰 질량과 전하를 가집니다.
약한 상호 작용을 매개하는 입자에는 w’+, W 및 2의 세 가지 유형이 있습니다.
W+ 및 W-는 각각 +e 및 -2의 전하를 가지며 중성 입자입니다.
전기장과 자기장을 나타내는 스칼라 전위와 벡터 전위가 전기적 상호 작용을 매개하는 광자를 설명하는 것처럼 약한 상호 작용을 매개하는 세 입자 각각에 해당하는 스칼라 전위와 벡터 전위가 있습니다.
예를 들어, 약한 상호 작용을 매개하는 두 입자를 나타내는 스칼라 전위 p는 광자를 나타내는 스칼라 전위 p가 만족하는 식 (3.18)과 유사한 식을 만족하며, 이는 (3.28)과 동일합니다.
이 방정식은 2개 입자의 질량 1z를 포함하는 왼쪽의 세 번째 항을 제외하고는 방정식 (3.18)과 정확히 동일한 형식을 갖습니다.
여기서 Pa는 식 (3.18)의 전하 밀도에 해당하는 약한 중성 전하 밀도입니다.
나중에 베타붕괴에 대해 공부할 때 자세히 공부하겠지만, 그림에 나오는 이탈리아의 유명한 핵물리학자 페르미(Fermi)가 그 존재를 제안했다.
페르미는 원자핵에서 방출된 베타선이 원자핵 내 중성자의 약한 상호작용을 통해 양성자, 전자, 중성미자로 붕괴한 후 전자가 방출되는 것을 보았다.
또한 1960년대 미국의 물리학자 Glashaw와 Weinberg, 파키스탄의 물리학자 Salam은 그림 3.9, 3.10, 3.11과 같이 약한 상호작용을 전자기 상호작용과 같은 방식으로 설명할 수 있다고 제안했고, 전자기 상호 작용 이론. 약한 전자기 상호작용 이론에 포함시키기 위해 그들은 전자기 상호작용을 매개하는 광자와 같은 역할을 하는 약한 전자기 상호작용에 대한 평균 입자로서 w*를 포함한 세 가지 보존을 제안했습니다.
그는 지금까지 관찰된 약물 상호작용과 관련된 실험적 사실을 고려하여 이 세 개의 보손이 가져야 할 대략적인 질량을 예측하기도 했습니다.
그리고 1983년에 유럽의 CERN 연구소는 이 세 가지 입자를 실험적으로 발견했습니다.
두 입자의 질량은 대략 양성자 100개의 질량인 91.2 GeV이고 W 입자의 질량은 80.4 GeV입니다.