En física de partículas , la interacción electrodébil o fuerza electrodébil es la descripción unificada de dos de las cuatro interacciones fundamentales conocidas de la naturaleza: el electromagnetismo y la interacción débil . Aunque estas dos fuerzas parecen muy diferentes a bajas energías diarias, la teoría las modela como dos aspectos diferentes de la misma fuerza. Por encima de la energía de unificación , del orden de 246 GeV , [a] se fusionarían en una sola fuerza. Por lo tanto, si el universo está lo suficientemente caliente (aproximadamente 10 15 K, una temperatura que no se cree que se haya excedido desde poco después del Big Bang ), entonces la fuerza electromagnética y la fuerza débil se fusionan en una fuerza electrodébil combinada. Durante la época de los quarks , la fuerza electrodébil se divide en fuerza electromagnética y débil .
Sheldon Glashow , [1] Abdus Salam , [2] y Steven Weinberg [3] fueron galardonados con el Premio Nobel de Física de 1979 por sus contribuciones a la unificación de la interacción débil y electromagnética entre partículas elementales , conocida como la teoría de Weinberg-Salam . [4] [5] La existencia de las interacciones electrodébiles se estableció experimentalmente en dos etapas, la primera fue el descubrimiento de corrientes neutrales en la dispersión de neutrinos por la colaboración de Gargamelle en 1973, y la segunda en 1983 por la UA1 y la UA2.colaboraciones que involucraron el descubrimiento de los bosones gauge W y Z en colisiones protón-antiprotón en el Sincrotrón Super Protón convertido . En 1999, Gerardus 't Hooft y Martinus Veltman recibieron el premio Nobel por demostrar que la teoría electrodébil es renormalizable .
Después de que el experimento de Wu descubrió la violación de la paridad en la interacción débil , se inició una búsqueda de una forma de relacionar las interacciones débil y electromagnética . Ampliando el trabajo de su asesor de doctorado Julian Schwinger , Sheldon Glashow primero experimentó con la introducción de dos simetrías diferentes, una quiral y otra aquiral, y las combinó de manera que su simetría general no se rompiera. Esto no produjo una teoría renormalizable , y su simetría de calibre tuvo que romperse a mano ya que no se conocía ningún mecanismo espontáneo , pero predijo una nueva partícula, laBosón Z Esto recibió poca atención, ya que no coincidió con ningún hallazgo experimental.
En 1964, Salam y Ward [6] tuvieron la misma idea, pero predijeron un fotón sin masa y tres bosones gauge masivos con una simetría rota manualmente. Más tarde, alrededor de 1967, mientras investigaba la ruptura espontánea de la simetría , Weinberg encontró un conjunto de simetrías que predecían un bosón gauge neutro y sin masa . Al rechazar inicialmente tal partícula como inútil, más tarde se dio cuenta de que sus simetrías producían la fuerza electrodébil y procedió a predecir masas aproximadas para los bosones W y Z. Significativamente, sugirió que esta nueva teoría era renormalizable. [3] En 1971, Gerard 't Hooft demostró que las simetrías de gauge rotas espontáneamente son renormalizables incluso con bosones de gauge masivos.
Matemáticamente, el electromagnetismo se unifica con las interacciones débiles como un campo de Yang-Mills con un grupo de calibre SU (2) × U (1) , que describe las operaciones formales que se pueden aplicar a los campos de calibre electrodébiles sin cambiar la dinámica del sistema. . Estos campos son los campos débiles de isospín W 1 , W 2 y W 3 , y el campo de hipercarga débil B. Esta invariancia se conoce como simetría electrodébil .
Los generadores de SU (2) y U (1) reciben el nombre de isospina débil (etiquetada como T ) e hipercarga débil (etiquetada como Y ), respectivamente. Estos luego dan lugar a los bosones gauge que median las interacciones electrodébiles: los tres bosones W de isospin débil ( W 1 , W 2 y W 3 ), y el bosón B de hipercarga débil, respectivamente, todos los cuales son "inicialmente" sin masa. Estos no son campos físicos todavía, antes de que se rompa espontáneamente la simetría yMecanismo de Higgs .