Einmal sprachen wir über die vier grundlegenden physikalischen Kräfte und wie sie das Universum regieren. Es war kein Problem, die Rolle und Bedeutung der elektromagnetischen, Gravitations- und starken Kräfte zu verstehen – die Welt wäre ohne sie eindeutig ein ganz anderer Ort.
Die Bedeutung für die schwache Kraft konnten wir jedoch nicht feststellen. Ist es nur für radioaktiven Zerfall? Sterne leuchten durch Fusion, nicht durch Spaltung. Scheint eine ziemlich spezifische und enge Rolle zu sein.
Unter der Annahme, dass es keine jetzt schwache fundamentale Kraft gibt, würde sich die Welt viel mehr von der unterscheiden, die wir jetzt sehen? Wie wäre es anders?
Die schwache Wechselwirkung ist ein Puzzleteil von erheblicher Bedeutung für unser aktuelles Verständnis der Teilchenphysik. Das Standardmodell der Teilchenphysik erklärt die fundamentalen Kräfte der Natur durch Wechselwirkungen zwischen einer diskreten Menge von Elementarteilchen, die in Darstellungen verschiedener Symmetriegruppen passen. Beispielsweise wird die starke Kernkraft durch eine durch masselose Teilchen vermittelte Wechselwirkung beschrieben , die in eine Symmetriegruppe passen, die als spezielle Einheitsgruppe in 3 Dimensionen oder kurz SU(3) bezeichnet wird.
Wie sich herausstellt, sind die elektromagnetische Kraft und die schwache Kernkraft tatsächlich unterschiedliche Manifestationen derselben grundlegenden Wechselwirkung, die als elektroschwache Kraft bezeichnet wird. Wie die Geschichte sagt, gab es im frühen Universum zwei Symmetriegruppen, eine für die starken nuklearen Wechselwirkungen, SU(3), und eine für die elektroschwachen Wechselwirkungen, U(2), (lassen wir die Schwerkraft vorerst beiseite).
Plötzlich nahm ein konstantes Skalarfeld, nämlich das Higgs-Feld, einen Vakuumerwartungswert ungleich Null an. Aufgrund der Art und Weise, wie das Higgs-Feld mit der U(2)-Symmetriegruppe gekoppelt ist, brach der Übergang zu einem homogenen Vakuumerwartungswert ungleich Null spontan die U(2)-Symmetrie. Die übriggebliebenen Reste der U(2)-Symmetrie wurden zu einer U(1)-Symmetrie (die wir heute als Elektromagnetismus bezeichnen) und drei Bosonen, die durch das Higgs-Feld mit Masse ausgestattet wurden, angeordnet. Diese drei Bosonen heißen jetzt , , Und ; sie sind die Vermittler schwacher Wechselwirkungen .
Über ihren Ursprung hinaus sind schwache Wechselwirkungen ziemlich interessant für die Rolle, die sie bei der Geschmacksveränderung spielen. Im Standardmodell ist die schwache Wechselwirkung die einzige Wechselwirkung, die es elementaren Fermionen, nämlich Leptonen und Quarks, erlaubt, ihren Flavour zu ändern. Wenn ein Element radioaktiv zerfällt, ist dies darauf zurückzuführen, dass eines der Quarks im Kern durch die schwache Wechselwirkung seinen Geschmack ändert. Auf diese Weise hängt der Reichtum und die Komplexität der Elemente, aus denen unser Universum besteht, von der schwachen Wechselwirkung ab. Darüber hinaus ist die einzige Möglichkeit, wie Neutrinos überhaupt mit Materie interagieren können (außer der Gravitation), die schwache Wechselwirkung.
Ich kann mir ohne die schwache Kraft kaum ein Universum vorstellen, das dem unseren ähnlich ist.
JG
ACuriousMind