中性電流

弱い中性電流相互作用は、素粒子が弱い力によって相互作用する一つの方法です。これらの相互作用はZ ボソンによって媒介されます。弱い中性電流の発見は、電磁気力と弱い力を統一して電弱力を確立する上で重要な一歩となり、 WボソンとZボソンの発見につながりました。

もう一つの弱い相互作用は、Wボソンによって媒介される荷電電流である。

弱い力は、原子核崩壊における役割で最もよく知られています。その作用範囲は非常に短いですが、（重力を除けば）ニュートリノと相互作用する唯一の力です。他の素粒子力と同様に、弱い力は交換粒子であるWボソンとZボソンを介して伝達されます。W粒子はベータ崩壊 に関与し、電荷を持ちます。正のW粒子と負のW粒子が存在します。Zボソンは電荷を持ちません。  

Z ボソンの交換では運動量、スピン、エネルギーが伝達されますが、相互作用する粒子の量子数（電荷、フレーバー、バリオン数、レプトン数など）は影響を受けません。電荷の移動が伴わないため、Z 粒子の交換は「中性電流」という表現で「中性」と呼ばれます。ただし、ここでいう「電流」は電気とは何の関係もなく、単にZ粒子の交換を指しています 。^{[ 1 ]}

Zボソンの電気的に中性の電流相互作用は、弱い電荷 と呼ばれる派生量子数によって決定され、これはWボソンとの相互作用における弱いアイソスピンと同様の働きをする。 

この相互作用にその名を与えている中性電流とは、相互作用する粒子間の電流のことである。

例えば、νに対する中性電流の寄与_e e ⁻→ ν_e e ⁻弾性散乱振幅は

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

ここで、ニュートリノと電子の流れを表す中性電流は次のように与えられる。 ^{[ 2 ]}

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

場所: ^{[ 2 ]}

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

そして${\displaystyle \ g_{\mathsf {A}}^{f}=T_{3}(f)\ }$はフェルミオンのベクトル結合と軸結合である。${\displaystyle \ f~.}$${\displaystyle \ T_{3}\ }$はフェルミオンの弱いアイソスピンを表し、 Q はその電荷と${\displaystyle \ Q_{\mathsf {W}}\ }$それらの弱い電荷。これらの結合は、ニュートリノの場合は本質的に左カイラルであり、荷電レプトンの場合は軸性である。

Zボソンは、グルーオンと光子を除く標準模型の あらゆる粒子と結合できます（無菌ニュートリノも、存在が判明すれば例外となります）。ただし、仮想Zボソンの交換によって起こり得る2つの荷電粒子間の相互作用は、仮想光子の交換によっても起こり得ます。相互作用する粒子のエネルギーがZボソンの質量（91 GeV）以上でない限り、仮想Zボソンの交換は、ごくわずかな補正効果をもたらします。    ${\displaystyle \ (E/M_{\mathrm {Z} })^{2}\ ,}$電磁過程の振幅に対して。

中性カレントの相互作用を観測し、Zボソンの質量を測定するのに必要なエネルギーを持つ粒子加速器は、  1983年まで利用できなかった。

一方、ニュートリノ が関与するZボソン相互作用には特徴的な兆候があります。それは、物質中におけるニュートリノの弾性散乱の唯一知られているメカニズムを提供するということです。ニュートリノは、弾性散乱（Zボソン交換による）と非弾性散乱（Wボソン交換による）がほぼ同程度に起こり得ます。この効果は、例えばサドベリー・ニュートリノ観測所実験のようなニュートリノ観測実験において非常に重要な意味を持ちます。  

弱い中性電流は、主にアブドゥス・サラム、ジョン・クライブ・ウォード、シェルドン・グラショウ、スティーブン・ワインバーグによって開発された電弱理論によって予測され、^{[ 3 ]}その後まもなく1973年にCERNのガルガメル・バブル・チェンバーでのニュートリノ実験で確認されました。

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• サドベリー・ニュートリノ観測所#中性電流相互作用
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• 「弱い中性電流の発見」 CERN Courier 2004年10月3日。 2011年5月20日にオリジナルからアーカイブ済み。 2009年3月10日取得。
• 「ガルガメル」 . CERN 公開ウェブ. 研究。2011年8月27日のオリジナルからアーカイブ済み。 2011年8月27日取得。
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• 「ガルガメル」 Symmetry Magazine 2009年7月7日
• フレイザー、ゴードン（1998年11月3日）。「中性電流の25年」。CERNクーリエ。27904。 2011年11月13日のオリジナルからアーカイブ。 2011年8月27日取得。ゴードン・フレイザーは、中性電流の存在が確認されたことで物理学の新たな理解がどのようにもたらされたかを振り返る。
• フェンカート、サンジェ（2023年7月3日）「CERNのニュートリノの旅」CERNクーリエ。サンジェ・フェンカートは、CERN設立50周年を記念して中性カレントの発見について語る。
• パディラ、アントニオ（トニー）。ブレイディ・ハラン（編）。「ガルガメルと中性電流」。60のシンボル。ノッティンガム大学。