التيار المحايد

تُعدّ تفاعلات التيار المحايد الضعيف إحدى الطرق التي تتفاعل بها الجسيمات دون الذرية بواسطة القوة الضعيفة . وتتوسط هذه التفاعلات جسيمات البوزون Z.  وقد شكّل اكتشاف التيارات المحايدة الضعيفة خطوةً هامةً نحو توحيد الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة في القوة الكهروضعيفة ، وأدى إلى اكتشاف جسيمات البوزون W و Z.

تُعرف القوة الضعيفة بدورها في الاضمحلال النووي. ورغم قصر مداها، إلا أنها (إلى جانب الجاذبية) القوة الوحيدة التي تتفاعل مع النيوترينوات . ومثل القوى دون الذرية الأخرى، تنتقل القوة الضعيفة عبر جسيمات التبادل. ولعل أشهر جسيمات التبادل للقوة الضعيفة هو جسيم W  ، الذي يشارك في اضمحلال بيتا .  تحمل جسيمات W شحنة كهربائية - فهناك  جسيمات W موجبة وسالبة - بينما يُعد بوزون Z  أيضًا جسيم تبادل للقوة الضعيفة، ولكنه لا يحمل أي شحنة كهربائية.

 ينقل تبادل بوزون Z الزخم والدوران والطاقة ، لكنه لا يؤثر على الأعداد الكمومية للجسيمات المتفاعلة - الشحنة، والنكهة ، وعدد الباريونات ، وعدد الليبتونات ، إلخ. ولأنه لا يوجد نقل للشحنة الكهربائية، يُشار إلى تبادل جسيمات Z بـ"المحايد" في عبارة "التيار المحايد". مع ذلك، فإن كلمة "تيار" هنا لا علاقة لها بالكهرباء - إنها تشير ببساطة إلى تبادل جسيم Z. ^{[ 1 ]}  

يتم تحديد تفاعل التيار المحايد لبوزون Z  بواسطة عدد كمي مشتق يسمى الشحنة الضعيفة ، والذي يعمل بشكل مشابه للتأثير النظائري الضعيف للتفاعلات مع  بوزونات W.

التيار المحايد الذي يعطي التفاعل اسمه هو تيار الجسيمات المتفاعلة.

على سبيل المثال، مساهمة التيار المحايد في ν_e e ⁻→ ν_e e ⁻سعة التشتت المرن هي

${\displaystyle {\mathfrak {M}}^{\mathsf {NC}}~\propto ~J_{\mu }^{\mathsf {(NC)}}(\nu _{\mathrm {e} })\;J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(\mathrm {e^{-}} )\ ,}$

حيث يتم إعطاء التيارات المحايدة التي تصف تدفق النيوترينو والإلكترون بواسطة: ^{[ 2 ]}

$\\ ,}$

المكان: ^{[ 2 ]}

${\displaystyle g_{\mathsf {V}}^{f}=T_{3}(f)-2\sin ^{2}\theta _{\mathsf {W}}\ Q(f)={\frac {1}{2}}\ Q_{\mathsf {W}}(f)}$

و${\displaystyle \ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\ }$يمثلان اقترانات المتجهات والمحورية للفيرميون${\displaystyle \ f~.}$${\displaystyle \ T_{3}\ }$يرمز إلى الدوران النظائري الضعيف للفيرميونات، وQ إلى شحنتها الكهربائية.${\displaystyle \ Q_{\mathsf {W}}\ }$شحنتها الضعيفة . هذه الاقترانات تؤدي أساسًا إلى اقتران لولبي يساري للنيوترينوات ومحوري للبتونات المشحونة .

يمكن لبوزون Z  أن يرتبط بأي جسيم من جسيمات النموذج القياسي ، باستثناء الغلوونات والفوتونات ( وتُعدّ النيوترينوات العقيمة استثناءً أيضًا، إن وُجدت). مع ذلك، فإن أي تفاعل بين جسيمين مشحونين يمكن أن يحدث عبر تبادل بوزون Z افتراضي، يمكن أن يحدث أيضًا عبر تبادل فوتون افتراضي . ما لم تكن طاقة الجسيمات المتفاعلة في حدود كتلة بوزون Z (91 جيجا إلكترون فولت) أو أعلى، فإن تبادل بوزون Z الافتراضي يُحدث تأثيرًا تصحيحيًا طفيفًا.    ${\displaystyle \ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,}$إلى سعة العملية الكهرومغناطيسية.

 لم تكن مسرعات الجسيمات ذات الطاقات اللازمة لمراقبة تفاعلات التيار المحايد وقياس كتلة بوزون Z متاحة حتى عام 1983.

من جهة أخرى، تتميز  تفاعلات بوزون Z التي تشمل النيوترينوات بخصائص فريدة: فهي الآلية الوحيدة المعروفة للتشتت المرن للنيوترينوات في المادة. وتكاد احتمالية تشتت النيوترينوات مرنًا (عبر  تبادل بوزون Z) أن تكون مساوية لاحتمالية تشتتها غير المرن (عبر تبادل بوزون W  )؛ ولهذا التأثير أهمية بالغة في التجارب الرصدية للنيوترينوات، كما هو الحال في تجربة مرصد سادبري للنيوترينوات .

تم التنبؤ بالتيارات المحايدة الضعيفة من خلال نظرية الكهروضعيف التي طورها بشكل رئيسي عبد السلام وجون كلايف وارد وشيلدون جلاشو وستيفن واينبرغ ، ^{[ 3 ]} وتم تأكيدها بعد ذلك بوقت قصير في عام 1973، في تجربة نيوترينو في غرفة فقاعات غارغاميل في سيرن .

• التيار المشحون
• تيار محايد متغير النكهة
• تذبذب الجسيمات المحايدة
• التيار الكهربائي
• الديناميكا اللونية الكمومية
• مرصد سودبري للنيوترينو# تفاعل التيار المحايد
• شحنة ضعيفة

• "اكتشاف تيارات محايدة ضعيفة" . نشرة سيرن . 3 أكتوبر 2004. مؤرشفة من الأصل في 20 مايو 2011. تم الاطلاع عليها في 10 مارس 2009 .
• "غارغاميل" . موقع سيرن الإلكتروني العام . بحث. مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أغسطس 2011 .
• "التفاعل بين التيار المحايد". بريتانيكا .
• نيف، ر. "التيار المحايد" . جامعة ولاية جورجيا.
• نيفيس، ج.؛ فالفيردي، م.؛ فيسنتي فاكاس، م. ج. (2006). "تفاعلات انبعاث النيوكليونات المحفزة بالنيوترينوات المشحونة والمحايدة" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء البولندية، الجزء ب . 37 (8): 2295-2301 . arXiv : hep-ph/0605221 . Bibcode : 2006AcPPB..37.2295N . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 21 يناير 2012.
• "غارغاميل" . مجلة سيمتري . 2009-07-07.
• فريزر، غوردون (3 نوفمبر 1998). " خمسة وعشرون عامًا من التيارات المحايدة" . مجلة سيرن كورير . 27904. مؤرشف من الأصل في 13 نوفمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 27 أغسطس 2011. يستعرض غوردون فريزر كيف أدى تأكيد وجود التيارات المحايدة إلى فهم جديد للفيزياء.
• فينكارت، سانجي (3 يوليو 2023). "رحلة سيرن في اكتشاف النيوترينو" . مجلة سيرن كورير . يستعرض سانجي فينكارت اكتشاف التيارات المحايدة في الذكرى الخمسين لتأسيسها.
• باديلا، أنطونيو (توني). برادي هاران (محرر). "غارغاميل والتيارات المحايدة" . ستون رمزًا . جامعة نوتنغهام .