Elektroschwache Vereinigung - Der schwache Isospin T  Eine schöne Einführung der elektroschwachen Theorie lässt sich mit Hilfe des Isospinformalismus zeigen. Wir erinnern uns an den Isospin I und seine z-Komponente I3 bei der starken Wechselwirkung . Er diente der Zusammenfassung verschiedener Hadronen zu Gruppen, den sogenannten Isospin-Multipletts. Die folgende Einführung eines "schwachen Isospins" mag zwar etwas willkürlich wirken, führt aber sehr elegant zum zentralen Zusammenhang zwischen schwacher und elektromagnetischer Wechselwirkung. Wir wissen, dass bei der schwachen Wechselwirkung der Flavour der beteiligten Fermionen (Quarks und Leptonen) nicht erhalten bleiben muss, sondern sich vor allem innerhalb einer Generation ändern kann. Eine Flavouränderung innerhalb einer Generation ist dabei immer mit dem Austausch eines geladenen schwachen Austauschteilchen (also W+ oder W-) verbunden. An die W-Bosonen koppeln allerdings nur linkshändige Fermionen (und rechtshändige Anifermionen), so dass auch nur diese innerhalb einer Generation ihren Flavour ändern können .    Wir führen nun willkürlich (aber analog zum Isospin bei Hadronen) eine neue Quantenzahl, den schwachen Isospin T ein. Er dient uns zur Einordnung der Fermionen in elektroschwache Multipletts. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber betrachten wir nur die 1. Generation der Leptonen, also das Elektron e- und sein Neutrino ne. R bedeutet rechts- und L linkshändig.   Beispiel: 1. Generation der Leptonen T T3 Q Dublett:  ne  (L) e-    (L)   1/2  +1/2   -1/2  0 -1 Singulett:  e-    (R) 0 0 -1 Da linkshändige Fermionen bei einem schwachen Prozess (über einen W-Austausch) ineinander umwandelbar sind, bilden das linkshändige e und ne bezüglich des schwachen Isospins T ein Dublett und haben demnach T = 1/2 mit den z-Komponenten T3 = +1/2 für ne und T3 = -1/2 für e-. Die anderen Leptonen und Quarks lassen sich analog einordnen (siehe auch ).    Nun kommt eine entscheidende Folgerung. Bei einem Prozess vom Typ ne + X à e- + Y wird ein W- ausgetauscht. Um dabei die Erhaltung von T3 zu gewährleisten, muss dem W- die z-Komponente T3(W-) = -1 zugeordnet werden, dem W+ entsprechend T3(W+) = +1. W- und W+ scheinen offenbar zu einem Triplett (T = 1) zu gehören. Uns fehlt dazu noch der dritte Zustand, nennen wir ihn konsequenterweise W0. Er hat die die z-Komponente T3(W0) = 0 und koppelt mit der gleichen Stärke (schwache Ladung g) an die Fermionen. Damit haben wir ein Triplett des schwachen Isospins gefunden. Es sei angemerkt, dass das W0 nicht mit dem Z0 identisch ist!  Man führt nun zu dem Triplett einen Singulett-Zustand, genannt B0, ein. B0 und W0 koppeln an die Fermionen ohne dabei deren Flavour zu ändern. Wir fassen zusammen:  Triplett (T = 1)                        T3: W+  +1  W0  0  W-  -1  Singulett (T = 0)                        T3: B0  0  Die Kopplungsstärke des B0 braucht nicht mit der der Triplett-Kandidaten übereinzustimmen. Wir bezeichnen die zugehörige schwache Ladung daher mit g'.  Die Grundidee der elektroschwachen Vereinigung ist, das Photon und das Z0 als Mischzustand aus B0 und W0 darzustellen. Bevor wir uns auf der nächsten Seite mit der Mischung der Zustände von B0 und W0 beschäftigen, folgt erst einmal eine kurze...  ...(Zwischen-) Zusammenfassung:      Linkshändige und rechtshändige Fermionen (Leptonen und Quarks) bilden durch Einführung eines schwachen Isospins T die Multipletts (Singulett und Dubletts) der elektroschwachen Wechselwirkung.        Aufgrund der Erhaltung der z-Komponente des schwachen Isospins (T3) ordnet man auch W+ und W- einen Wert für T3 zu. Man ergänzt W+ und W- mit W0 zu einem Triplett und führt ein Singulett (T = 0, T3 = 0), das B0 ein.      Die "Vereinigung" von elektromagnetischer und schwacher Wechselwirkung ist im Prinzip die Darstellung des Photons und des Z0 als Mischzustände aus B0 und W0. Zur Vorbereitung auf die Betrachtung von Mischzuständen ist die Auseinandersetzung mit flavourändernden Prozessen und dem Cabibbo-Winkel sinnvoll. Man findet hier mehr dazu: .