弱电统一理论其他研究

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电弱统一模型提出了一个新颖的理论预测，即存在中性流。在传统的弱相互作用V-A理论中，电子和中微子的散射仅由W+媒介传递，如图2.11(a)所示。然而，电弱统一模型预测了图2.11(b)所示的Z0传递的中性流过程，这种过程中粒子电荷不变，其贡献与带电流过程相近。特别是一类只能由Z0传递的反应，如vμe→vμe的弹性散射，其图示见图2.12，如果实验证实，将是中性流存在的有力证据。1973年，CERN的实验团队通过分析一百四十万张云室照片，发现了三个这类事例，证实了轻子弱相互作用中性流的存在，从而极大地支持了电弱统一模型，温伯格、萨拉姆和格拉肖因此荣获1979年诺贝尔物理学奖。

在他们的模型中，W+、W-和Z0等关键粒子还未被发现，理论学家坚信它们存在，W粒子质量预估约为80GeV，Z粒子约为90GeV，比质子重约100倍。实验上的挑战在于寻找这些重粒子，当时的e+e-对撞机能量有限，如PETRA的38GeV远低于所需。质子加速器虽能量较高，但实际有效能量受限于质子与靶碰撞能量损失和夸克间相互作用，如费米实验室的质子加速器有效能量只有32GeV。CERN的LEP计划中的100GeV对撞机成为理想选择，但直到八十年代末才能建成，鲁比亚等实验家决定另辟蹊径。

1976年，鲁比亚团队将SPS改造为质子反质子对撞机，经过多次改进，最终在1982年底，UA1组通过筛选确认了5个W粒子产生事件，能量为81±5GeV，与理论预测吻合。随后，UA2组也发现四个相同质量的W粒子。1983年1月，W粒子的发现被正式发布，同年5月，鲁比亚又发现了6个Z0粒子，质量同样符合理论预期。这些发现促使鲁比亚在1984年获得诺贝尔物理学奖。

弱相互作用的第一个理论是费米在1934年建立的中子β衰变理论。费米认为，在β衰变过程中，中子变成质子，同时中微子变成电子。中子和质子被认为形成一个与电流类似的带电的矢量流（记为V流），中微子与电子形成另一个矢量电流。四个费米子在一点的弱作用，可看成是矢量流与矢量流的相互作用，它保持宇称不变。由于弱作用力程太短，所以费米假定这四个粒子是在同一点发生相互作用的。由于这四个粒子都是费米子，所以称这个理论为四费米子理论。1958年，费曼和盖尔曼与马尔萨克和苏达珊两组理论家几乎同时提出了“V－A”理论，修改费米理论。