Àngul de Weinberg

Archiu:Electroweak.svg

El patró d'isospin dèbil, $T_3$, i hipercarga dèbil, $Y_W$, de les partícules elementals conegudes, mostrant la càrrega elèctric, $Q$, a lo llarc de l'àngul de Weinberg. El camp de Higgs neutre (círcul) trenca la simetria electrodébi i interacciona en atres partícules per a donar-los massa. Tres components del camp de Higgs passen a ser components dels bosones massius W i Z.

El àngul de Weinberg o àngul de mescla dèbil és un paràmetro en la teoria de Weinberg–Salam de les interaccions electrodébiles, part del model estàndar de la física de partícules, i es denota normalment com ${\theta }_W$. És l'àngul en el que la ruptura de simetria espontànea trencada el pla original dels bosones vectorials $W^0$ i $B^0$, produint com a resultat bosón $Z^0$, i el fotó.

$\left(\begin{array}{c}\gamma \\ Z^0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos {\theta }_W& \sin {\theta }_W\\ -\sin {\theta }_W& \cos {\theta }_W\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{B}^0\\ W^0\end{array}\right)$

També proporciona la relació entre les masses dels bosones W i Z (denotades com $m_W$ i $m_Z$):

$m_Z=\frac{m_W}{\cos {\theta }_W}$

L'àngul es pot expressar en térmens de les constants d'acoplament dels grups gauge $SU(2{)}_L$ i $U(1{)}_Y$ ($g$ i $g^{\prime }$, respectivament):

$\cos {\theta }_W=\frac{g}{\sqrt{g^2+g{\text{'}}^2}}$ i $\sin {\theta }_W=\frac{g^{\prime }}{\sqrt{g^2+g{\text{'}}^2}}$

Com el valor de l'àngul de mescla actualment es determina empíricamente, la seua definició s'establix com:

$\cos {\theta }_W=\frac{m_W}{m_Z}$

El valor de ${\theta }_W$ varia en funció de l'escala d'energia (determinada per la transferència de moment, $Q$) en que està medit. Esta variació, o 'running', és una predicció clau del model electrodébil. Les mides més precises han segut portades a terme en colisionadores electró-positron en un valor de $Q$ = 91.2 GeV/c, corresponent a la massa del bosón Z, $m_Z$.

En la pràctica, la cantitat més usada és ${\sin }^2{\theta }_W$. La millor estimació de 2004 ${\sin }^2{\theta }_W$, en $Q$ = 91.2 GeV/c, en l'esquema $\overline{\mathrm{M}\mathrm{S}}$ és 0.23120 ± 0.00015. Experiments de violació de la paritat atòmics proporcionen un valor de ${\sin }^2{\theta }_W$ en valors més pequeños de $Q$, a menys de 0.01 GeV/c, pero en molta precisió més baixa. En 2005 es va publicar un estudi de violació de la paritat en scattering de Møller que va obtindre ${\sin }^2{\theta }_W$ = 0.2397 ± 0.0013 en $Q$ = 0.16 GeV/c, establint experimentalment el 'running' de l'àngul de mescla dèbil. LHCb Va medir en $Q$ = 7 i 8 TeV un àngul eficaç de ${\sin }^2{\theta }_W^{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}}$ = 0.23142. El valor recomanat actualment (2015) és ${\sin }^2{\theta }_W$ = 0.2223(21) (en este cas, en l'esquema on-shell). Estos valors corresponen a un àngul de Weinberg de 30°.

Notar, no obstant, que el valor concret de l'àngul no és una predicció del model estàndar: és un paràmetro lliure, sense fixar. Actualment no hi ha cap teoria generalment acceptada que explique el valor medit.