Corrente neutra

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.

Em termos simples

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.

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.

Definição

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

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

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

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

onde:

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

e $\ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\$ são os acoplamentos vetoriais e axiais para o férmion $\ f~.$$\ T_{3}\$ denota o isospin fraco dos férmions, Q sua carga elétrica e $\ 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, $\ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,$ 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, e confirmadas logo depois em 1973, em um experimento de neutrinos na câmara de bolhas Gargamelle no CERN .

Veja também

• 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

Ligações externas

• «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