Die Vereinigung der Wechselwirkungen (WW) -
Einführung in die Theorie der elektroschwachen WW
Wenn wir heute ganz selbstverständlich von der
elektromagnetischen Wechselwirkung sprechen, denkt niemand mehr daran, dass Elektrizität und Magnetismus einmal als
zwei unterschiedliche Phänomene mit jeweils eigener Kraftwirkung betrachtet wurden. Die erste Brücke zwischen den beiden
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Phänomenen schlug Oerstedt im Jahre 1820 durch seine Entdeckung, dass stromdurchflossene Leiter eine magnetische Wirkung besitzen. Es war Maxwell, der 1861-64 mit seinen berühmten Gleichungen eine gemeinsame Formulierung aufstellte und so beide Phänomene
vereinigte.
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Wir kennen heute
vier fundamentale Wechselwirkungen, die starke, die elektromagnetische, die schwache und die Gravitation
. Unter der "Vereinigung von Wechselwirkungen" versteht man das Aufstellen einer Theorie, die zwei oder mehr der fundamentalen Wechselwirkungen in einem Erklärungsmodell zusammenfasst.
Die Vereinigung von Wechselwirkungen
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ist eines der großen Ziele der Teilchenphysiker. Gelungen ist es bisher nur für die schwache und elektromagnetische Wechselwirkung, die in der sogenannten
elektroschwachen Theorie eine gemeinsame Formulierung fanden.
Dieses Kapitel der Vereinigung der Wechselwirkungen beschäftigt sich daher ausschließlich mit der elektroschwachen Theorie.
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Bei der Entwicklung einer elektroschwachen Theorie versuchte man, das masselose Photon und die drei schweren Austauschbosonen der schwachen Wechselwirkung (Z
0
, W
+
und W
-
) zu einer Familie zusammenzufassen.
Eine einfache Betrachtung - von unserem heutigen Wissensstand aus - verdeutlicht, warum es naheliegt, schwache und elektromagnetische Wechselwirkung zu "vereinigen".
Jeder elektromagnetische Prozess wird von einem elektrisch ungeladenen Photon vermittelt. Da auch das Z
0
ungeladen ist, spricht - naiv betrachtet - nichts dagegen, dass der gleiche Prozess auch schwach "ablaufen" kann, also durch die Vermittlung eines Z
0
zustande kommt. Wir wissen, dass tatsächlich
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jeder elektromagnetische Prozess in der Gesamtamplitude einen - wenn auch bei kleinen Energien - geringen Beitrag des analogen schwachen Prozesses enthält
.
Es liegt daher nahe, Photon und Z
0
zu einer Familie gehörig zu betrachten.
Die Theorie, in der diese Familie aufgrund einer Symmetrieeigenschaft (ausgedrückt durch den schwachen
Isospin T) gebildet wird, ist die geforderte elektroschwache Vereinigung.
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Zunächst werfen wir einen Blick auf die historische Entwicklung dieser Theorie.
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