Corriente neutra

Las interacciones de corriente neutra débil son una de las formas en que las partículas subatómicas pueden interactuar mediante la fuerza débil . Estas interacciones están mediadas por el bosón Z.  El descubrimiento de las corrientes neutras débiles supuso un paso significativo hacia la unificación del electromagnetismo y la fuerza débil en la fuerza electrodébil , y condujo al descubrimiento de los bosones W y Z.

La fuerza débil es conocida principalmente por su papel en la desintegración nuclear. Tiene un alcance muy corto, pero (aparte de la gravedad) es la única fuerza que interactúa con los neutrinos . Al igual que otras fuerzas subatómicas, la fuerza débil se transmite mediante partículas de intercambio. Quizás la partícula de intercambio más conocida para la fuerza débil sea la partícula W  , que participa en la desintegración beta .  Las partículas W tienen carga eléctrica (existen  partículas W positivas y negativas ); sin embargo, el bosón Z  también es una partícula de intercambio para la fuerza débil, pero no tiene carga eléctrica.

El intercambio de un  bosón Z transfiere momento , espín y energía , pero deja inalterados los números cuánticos de las partículas que interactúan: carga, sabor , número bariónico , número leptónico , etc. Debido a que no hay transferencia de carga eléctrica, el intercambio de  partículas Z se denomina "neutral" en la expresión "corriente neutra". Sin embargo, la palabra "corriente" aquí no tiene nada que ver con la electricidad; simplemente se refiere al intercambio de la  partícula Z. ^{[ 1 ]}

La  interacción de corriente neutra del bosón Z está determinada por un número cuántico derivado llamado carga débil , que actúa de manera similar al isospín débil para las interacciones con los  bosones W.

La corriente neutra que da nombre a la interacción es la de las partículas que interactúan.

Por ejemplo, la contribución de la corriente neutra a la ν_e e ⁻→ ν_e e ⁻La amplitud de dispersión elástica es

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

donde las corrientes neutras que describen el flujo del neutrino y del electrón vienen dadas por: ^{[ 2 ]}

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

donde: ^{[ 2 ]}

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

y${\displaystyle \ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\ }$son los acoplamientos vectoriales y axiales para fermiones${\displaystyle \ f~.}$${\displaystyle \ T_{3}\ }$denota el isospín débil de los fermiones, Q su carga eléctrica y${\displaystyle \ Q_{\mathsf {W}}\ }$su carga débil . Estos acoplamientos equivalen esencialmente a quiralidad izquierda para los neutrinos y axial para los leptones cargados .

El bosón Z  puede acoplarse a cualquier partícula del Modelo Estándar , excepto gluones y fotones ( los neutrinos estériles también serían una excepción, si se encontrara que existen). Sin embargo, cualquier interacción entre dos partículas cargadas que puede ocurrir a través del intercambio de un  bosón Z virtual también puede ocurrir a través del intercambio de un fotón virtual . A menos que las partículas interactuantes tengan energías del orden de la  masa del bosón Z (91  GeV) o superior, el intercambio del bosón Z virtual  tiene un efecto de una pequeña corrección.${\displaystyle \ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,}$a la amplitud del proceso electromagnético.

Los aceleradores de partículas con la energía necesaria para observar las interacciones de corriente neutra y medir la masa del  bosón Z no estuvieron disponibles hasta 1983.

Por otro lado,  las interacciones del bosón Z con los neutrinos presentan características distintivas: constituyen el único mecanismo conocido para la dispersión elástica de neutrinos en la materia. Los neutrinos tienen casi la misma probabilidad de dispersarse elásticamente (mediante  el intercambio del bosón Z) que inelásticamente (mediante el intercambio del bosón W  ); este efecto tiene una importancia considerable para los experimentos de observación de neutrinos, como por ejemplo el experimento del Observatorio de Neutrinos de Sudbury .

Las corrientes neutras débiles fueron predichas por la teoría electrodébil desarrollada principalmente por Abdus Salam , John Clive Ward , Sheldon Glashow y Steven Weinberg , ^{[ 3 ]} y confirmadas poco después en 1973, en un experimento de neutrinos en la cámara de burbujas de Gargamelle en el CERN .

• Corriente cargada
• Corriente neutra que cambia el sabor
• oscilación de partículas neutras
• Corriente eléctrica
• Cromodinámica cuántica
• Observatorio de Neutrinos de Sudbury#Interacción de corriente neutra
• Carga débil

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