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
(Z0,
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 Z0
ungeladen ist, spricht - naiv betrachtet - nichts dagegen, dass der gleiche
Prozess auch schwach "ablaufen" kann, also durch die Vermittlung eines
Z0 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 Z0
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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