Wie ist es möglich, eine schwache Wechselwirkung durch sehr schwere Teilchen wie Boson zu vermitteln?

Wenn man eine schwache Zerfallswechselwirkung wie Leptonen betrachtet, wird die schwache Kraft durch riesige Teilchen wie Bosonen (W+ oder W-) vermittelt. Wie es möglich ist, ein so schweres Teilchen in einer weniger massiven Zerfallsstruktur zu haben. Auch was mit dieser riesigen Masse passieren wird, nachdem der Zerfall abgeschlossen ist. Ist es einfach verschwindet?

Antworten (2)

Wenn zB ein Neutron zerfällt, befindet sich darin kein "echtes" W-Boson, in dem Sinne, dass es an jedem Punkt nachgewiesen werden könnte.

Stattdessen ist am Zerfall des Neutrons ein "virtuelles" W-Boson beteiligt, ein W-Boson, das nur sehr kurze Zeit existiert. Die Quantenmechanik erlaubt es, den Energieerhaltungssatz zu verletzen Δ E für sehr kurze Zeit Δ T so lange wie Δ E ⋅ Δ T ≤ ℏ / 2 oder so. Das bedeutet, dass sich das Neutron für eine sehr kurze Zeit in ein Proton und ein negatives W-Boson verwandeln kann, obwohl der Energieerhaltungssatz verletzt zu sein scheint. Das W-Boson muss sich jedoch sehr schnell in leichtes Elektron und Antineutrino umwandeln und den ursprünglichen Wert der Energie wiederherstellen.

Was tatsächlich vor sich geht, erfordert die Anwendung der Axiome und des Formalismus der Quantenfeldtheorie. Das virtuelle W-Boson wird dann durch einen „Propagator“, eine interne Linie in einem Feynman-Diagramm, repräsentiert.

Um die andere Antwort zu ergänzen: Ihre Intuition ist in gewisser Weise richtig. Die Tatsache, dass die W Und Z Bosonen so schwer sind, ist der Grund für die Schwäche der Wechselwirkung. Zum Beispiel, π + Mesonen über die schwache Wechselwirkung zerfallen können, wird der Vorgang durch das folgende Feynman-Diagramm beschrieben:

Pion-Zerfall

Nach den Feynman-Regeln ist die Wahrscheinlichkeitsamplitude eines solchen Zerfalls proportional zu

M ∼ 2 ich G 2 k μ k μ − M W 2 ,
Wo G die schwache Kopplungskonstante und ist k μ Die 4 -Impuls des Pions.

Sie sehen, dass es immer eine Wahrscheinlichkeit dafür gibt - weil die W ist nur "virtuell" und die Unschärferelation. Aber diese Wahrscheinlichkeit wird durch das Hoch unterdrückt W Masse.

Mein Kommentar gilt für beide Antworten. Ein anderer Weg, um zu den gleichen Schlussfolgerungen zu gelangen, ohne sich auf die Zeit-Energie-Unsicherheit und die Nichterhaltung der Energie zu berufen, besteht darin, zu sagen, dass das schwere Boson, da es virtuell ist, außerhalb der Massenhülle ist.
Lewis, deine ist sicherlich die genauere Beschreibung dessen, was vor sich geht. Es ist auch für Menschen ohne QFT-Hintergrund weniger verständlich.
Wie ist es möglich, eine schwache Wechselwirkung durch sehr schwere Teilchen wie Boson zu vermitteln?
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