Corrente neutra

Modelo Padrão da física de partículas
Partículas elementares do Modelo Padrão
Tópicos Física de partículas Modelo Padrão Teoria quântica de campos Teoria de gauge Quebra espontânea de simetria Mecanismo de Higgs
Constituintes Interação eletrofraca Cromodinâmica quântica Matriz CKM Matemática do Modelo Padrão
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Corrente neutra ou Interações fracas neutras são uma das maneiras pelas quais partículas subatômicas podem interagir por meio da força fraca. Essas interações são mediadas pelo bóson Z A descoberta das correntes fracas neutras foi um passo significativo em direção à unificação do eletromagnetismo e da força fraca na força eletrofraca, e levou à descoberta dos bósons W e Z.

A força fraca é mais conhecida por seu papel no decaimento nuclear. Ela tem alcance muito curto, mas (além da gravidade) é a única força com que os neutrinos interagem. Como outras forças subatômicas, a força fraca é mediada por meio de partículas mediadoras. Talvez a mais conhecida das partículas mediadoras para a força fraca seja a partícula W, que está envolvida na decaimento beta. Os bósons W têm carga elétrica - existem partículas W positivas e negativas - no entanto, o bóson Z também é uma partícula mediadora para a força fraca, mas não tem carga elétrica.

A troca de um bóson Z transfere momento, spin e energia, mas deixa inalterados os números quânticos das partículas envolvidas - carga, sabor, número bariônico, número leptônico, etc. Como não há transferência de carga elétrica envolvida, a troca de bósons Z é referida como "neutra" na expressão "corrente neutra". No entanto, a palavra "corrente" aqui não tem nada a ver com eletricidade - ela simplesmente se refere à troca da partícula Z.^[1]

A interação de corrente neutra do bóson Z é determinada por um número quântico derivado chamado carga fraca, que atua de maneira semelhante ao isospin fraco para interações com os bósons W.

A corrente neutra que dá nome à interação é a das partículas em interação.

Por exemplo, a contribuição da corrente neutra para
ν
_e
e⁻
→
ν
_e
e⁻
a amplitude de espalhamento elástico do processo
ν
_e
e⁻
→
ν
_e
e⁻
é

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

onde as correntes neutras que descrevem o fluxo do neutrino e do elétron são dadas por: ^[2]

${\displaystyle J^{{\mathsf {(NC)}}\ \mu }(f)={\bar {u}}_{f}\ \gamma ^{\mu }\ {\frac {1}{2}}\left(g_{\mathsf {V}}^{f}-g_{\mathsf {A}}^{f}\ \gamma ^{5}\right)\ u_{f}\ ,}$

onde: ^[2]

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

e ${\displaystyle \ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\ }$ são os acoplamentos vetoriais e axiais para o férmion ${\displaystyle \ f~.}$${\displaystyle \ T_{3}\ }$ denota o isospin fraco dos férmions, Q sua carga elétrica e ${\displaystyle \ Q_{\mathsf {W}}\ }$ sua carga fraca . Esses acoplamentos equivalem essencialmente a quiral esquerdo para neutrinos e axial para léptons carregados .

O bóson Z pode se acoplar a qualquer partícula do Modelo Padrão, exceto glúons e fótons ( neutrinos estéreis também seriam uma exceção, se existissem). No entanto, qualquer interação entre duas partículas carregadas que possa ocorrer através da troca de um bóson Z virtual também pode ocorrer através da troca de um fóton virtual. A menos que as partículas em interação tenham energias da ordem da massa do bóson Z (91 GeV) ou superior, a troca de bósons Z virtuais tem o efeito de uma pequena correção, ${\displaystyle \ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,}$ à amplitude do processo eletromagnético.

Aceleradores de partículas com energias necessárias para observar interações de corrente neutra e medir a massa do bóson Z não estavam disponíveis até 1983.

Por outro lado, as interações de bósons Z envolvendo neutrinos têm assinaturas distintas: fornecem o único mecanismo conhecido para espalhamento elástico de neutrinos na matéria; os neutrinos têm quase a mesma probabilidade de se espalharem elasticamente (via troca de bósons Z) quanto inelasticamente (via troca de bósons W ), de grande importância experimental, por exemplo, no experimento do Observatório de Neutrinos de Sudbury .

Correntes neutras fracas foram previstas pela teoria eletrofraca desenvolvida principalmente por Abdus Salam, John Clive Ward, Sheldon Glashow e Steven Weinberg,^[3] e confirmadas logo depois em 1973, em um experimento de neutrinos na câmara de bolhas Gargamelle no CERN .

• Corrente carregada
• Corrente neutra com mudança de sabor
• Oscilação de partículas neutras
• Corrente elétrica
• Cromodinâmica quântica
• Observatório de Neutrinos de Sudbury#Interação atual neutra
• Carga fraca

• «Discovery of weak neutral currents». CERN Courier. 3 de outubro de 2004 
• «Gargamelle». CERN public web. Research. Consultado em 27 de agosto de 2011. Arquivado do original em 27 de agosto de 2011 
• Britannica 
• Nave, R. «Neutral current». GSU 
• Nieves, J.; Valverde, M.; Vicente Vacas, M.J. (2006). «Charged and neutral current neutrino induced nucleon emission reactions» (PDF). Acta Physica Polonica B. 37 (8): 2295–2301. Bibcode:2006AcPPB..37.2295N. arXiv:hep-ph/0605221. Cópia arquivada (PDF) em 21 de janeiro de 2012 
• «Gargamelle». Symmetry Magazine 
• Fraser, Gordon (3 de novembro de 1998). «Twenty-five years of neutral currents». CERN Courier. 27904 
• Fenkart, Sanje (3 de julho de 2023). «CERN's neutrino odyssey». CERN Courier 
• Padilla, Antonio (Tony). Brady Haran, ed. «Gargamelle and neutral currents». Sixty Symbols. University of Nottingham