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 нейтрона 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.