Oddziaływania słabe

W związku z powyższym obrazem oddziaływań powstaje pytanie jaka jest struktura naładowanych prądów słabych , a tym samym jakie są symetrie oddziaływań słabych. Interesująca jest zarówno struktura czasoprzestrzenna (tj. lorentzowska) tych prądów, jak i ich struktura w przestrzeni wewnętrznych liczb kwantowych kwarków. Pamiętając o istnieniu elementarnych wierzchołków oddziaływania , , , łatwo zrozumieć, że pełny prąd słaby musi mieć postać sumy wyrażeń dwuliniowych w parach pól , , . Obecnie wiemy, że prąd ten jest sumą części leptonowej i hadronowej

[62]

których struktura Lorentzowska jest następująca

[63]

(po odkryciu ciężkiego leptonu doszedł tu jeszcze człon ), a

[64]

(zmiany jakie wprowadza tu istnienie kwarków , i omawiamy na końcu tego artykułu). Nie będziemy tu definiować szczegółowo symboli i występujących w tych wzorach. Dla naszych celów wystarczy wiedzieć, że wielkość przekształca się jak lorentzowski wektor (tj. jego część przestrzenna zmienia znak przy odbiciach lustrzanych ), a wielkość - jak wektor aksjalny (którego część przestrzenna nie zmienia się przy odbiciach lustrzanych). Dlatego też mówi się, iż naładowane prądy słabe mają strukturę (wektor minus wektor aksjalny). Związek takiej struktury prądu ze skrętnością cząstek uczestniczących w procesach zachodzących poprzez naładowane prądy słabe omawiamy nieco dalej. Suma po wskaźniku we wzorze (61) zapewnia relatywistyczną niezmienniczość teorii.

Obie części prądu słabego są konieczne z fenomenologicznego punktu widzenia. W przemianach jąder, w których powstająca para (lub ) ma orbitalny moment pędu równy zeru (tzw. przejścia "dozwolone") całkowity jej moment pędu może być równy 0 lub 1. W pierwszym przypadku zmiana spinu jądra musi być równa zeru (tzw. przejścia Fermiego, np. przejście , w którym ), a w drugim lub 1 (tzw. przejścia Gamowa-Tellera, np. , w którym , a ). W granicy nierelatywistycznej oddziaływania wektorowe indukują przejścia o , a aksjalno wektorowe - przejścia o .

Rozbicie (62) prądów słabych dzieli w naturalny sposób gęstość hamiltonianu oddziaływania (61) na trzy części

[65]

opisujące słabe procesy leptonowe (takie jak rozpad mionu), semileptonowe (rozpady hadronów, w których w stanie końcowym występuje para naładowany lepton - (anty)neutrino) oraz słabe procesy czysto hadronowe takie jak np. , czy , w których nie uczestniczą leptony (procesy nieleptonowe).