1. 전자기와 약한 상호작용
평면파의 실제 부분을 살펴보고 더 자세히 이해해 봅시다.
지수 함수가 2=cos0+isin0을 사용하면 평면파의 실수 부분은 실수 부분 ~08(8.;-010=cos(1e-01)-000)(za((-number))(3.22 ), 여기서 & 방향은 k 방향, 즉 이축 방향을 가리키며 이를 파수라 하고 0을 각주파수라 하고 파장의 관계는 (3.23) 1과 주기 T이다.
그러면 이 평면파의 속도는 식 (3.24)에 나타난 빛의 속도이며, 방정식 (3.21)의 마지막 등호에 사용됩니다.
식(3.20)은 평면파를 나타내며 식(3.18)과 식(3.19)의 해는 스칼라포텐셜과 벡터포텐셜의 파동방정식으로 공간을 전파하는 전자기파를 나타낸다.
전위로 표시되며 파장은 0으로 표시되고 k는 주어진다.
한편, 양자론을 통해 전자기파는 파동 현상만이 아니라 입자 현상임을 이해하게 되는데, 전자기파는 광자(77, 광자)의 흐름으로 볼 수 있고, 광자는 입자이다.
이때 주파수가 0인 전자파와 파수 k에 해당하는 광자의 에너지 E와 운동량 D는 각각 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 파생되었으며 유명한 아인슈타인 방정식 P=02+mld(3.27)k와 비교하면 광자의 나머지 질량이 0임을 알 수 있습니다.
따라서 R로부터 전자들 사이의 전기적 상호작용은 질량이 0인 광자에 의해 매개된다고 말할 수 있으며, 양자장 이론을 적용한 양자전기역학에서 전자기장 하에서, 그림 3.7 두 전자의 산란은 전기적 파인만 다이어그램에 의해 더 잘 드러난다.
상호 작용을 중재하는 메커니즘을 설명하십시오.
그러나 우리 주변에서 관찰되는 전자기 현상을 설명함에 있어서 전기가 광자에 의해 매개된다는 것을 소개할 필요는 없다.
이런 식으로 설명하려고 하면 불필요하게 복잡해집니다.
그러나 전자 충돌과 같은 기본 입자 간의 상호 작용이 전자 산란 문제를 올바르게 해결하려면 그림 3.7과 같이 전자 간의 충돌이 광자에 의해 매개된다는 것을 설명함으로써 정확하게 설명할 수 있습니다.
이러한 그래프를 파인만 다이어그램이라고 하며 양자전기역학을 응용하여 문제를 해결하는 실제적인 계산에 큰 도움이 됩니다.
그러나 Feynman 다이어그램은 문제가 물리적으로 어떻게 발생하는지 정성적으로 보여주기 위해서만 사용할 것입니다.
그림 3.7의 파인만 다이어그램은 운동량 hk와 k’를 가진 두 전자가 각각 운동량 hg를 가진 광자를 교환하는 산란을 보여줍니다.
이 다이어그램에서 시간은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행합니다.
광자의 교환은 하나의 전자가 방출하는 광자와 다른 전자가 흡수하는 광자로 구성되며, 이러한 상호작용을 매개하는 광자를 가상 광자라고 합니다.
이러한 가상 광자는 실제로 관찰된 적이 없습니다.
즉, 두 개의 전자가 상호 작용할 때 한 전자에서 방출된 전자는 다른 전자에 의해 관찰되지 않고 흡수됩니다.
상호 작용을 중재하는 모든 입자는 이러한 방식으로 설명되는 가상 입자입니다.
전자기적 상호 작용이 두 전하 사이에서 광자를 교환하여 작동하는 것처럼 약한 상호 작용은 약력을 교환하는 두 입자 사이의 중간 입자를 교환하여 작동합니다.
전자기적 상호 작용을 매개하는 입자인 광자는 질량이 0이고 중성이며 전하를 갖지 않지만 약한 상호 작용을 매개하는 입자는 상당한 질량과 전하를 가집니다.
약한 상호 작용을 매개하는 입자에는 w’+, W 및 2의 세 가지 유형이 있습니다.
W+ 및 W-는 각각 +e 및 -2로 대전되며 중성 입자입니다.
전기장과 자기장을 나타내는 스칼라 전위와 벡터 전위가 광자 매개 전기적 상호 작용을 설명하는 것처럼 약한 상호 작용을 매개하는 세 입자 각각에 대해 스칼라 전위와 벡터 전위가 존재합니다.
예를 들어, 약한 상호 작용을 매개하는 두 입자를 나타내는 스칼라 전위 p는 식 (3.18)과 유사한 식을 만족하고, 광자를 나타내는 스칼라 전위 p는 (3.28)과 등가를 만족한다.
이 방정식은 왼쪽의 세 번째 항이 두 입자의 질량 1z를 포함한다는 점을 제외하면 방정식 (3.18)과 정확히 같은 형식입니다.
여기서 Pa는 방정식 (3.18)의 전하 밀도에 해당하는 중립 약한 전하 밀도입니다.
나중에 β붕괴를 공부할 때 자세히 공부하겠지만, 그림에서 보듯이 이탈리아의 유명한 핵물리학자 페르미가 존재를 제안했다.
페르미는 핵에서 방출된 베타선이 핵 내부의 중성자의 약한 상호작용을 통해 양성자, 전자, 중성미자로 붕괴한 후 전자를 방출하는 것을 보았다.
더 나아가 1960년대에는 그림 3.9, 3.10, 3.11에서 보는 바와 같이 미국의 물리학자 Glashaw와 Weinberg, 파키스탄의 물리학자 Salam이 약한 상호작용을 전자기적 상호작용과 같은 방식으로 설명할 수 있다고 제안하여 전자기적 상호작용 이론으로 해석하였다.
약한 상호 작용에. 전자기 상호 작용 이론. 약한 전자기적 상호작용 이론을 통합하기 위해 그들은 약한 전자기적 상호작용의 매질 입자로서 w*를 포함하여 세 가지 보존량을 제안했는데, 이는 광자처럼 행동하고 중간 전자기적 상호작용의 역할을 한다.
그는 심지어 약물 상호작용과 관련하여 지금까지 관찰된 실험적 사실을 설명하기 위해 이 세 개의 보손의 대략적인 질량이 얼마가 되어야 하는지 예측했습니다.
1983년 유럽 CERN 연구소는 실험을 통해 이 세 가지 입자를 성공적으로 발견했습니다.
두 입자의 질량은 91.2 GeV로 양성자 100개의 질량과 거의 동일하며 W 입자의 질량은 80.4 GeV입니다.