Кіріспе

Бета-бөліністің механизмі 1933 жылы ұсынылған. Бөлшектер физикасында Фермидің өзара әрекеттесуі (бета-бөліністің Ферми теориясы немесе Фермидің төрт фермиондық өзара әрекеттесуі) – Энрико Фермидің 1933 жылы ұсынған бета-бөлінісін түсіндіруі. Теория төрт фермионның бір-бірімен тікелей өзара әрекеттесетінін болжайды (байланысты Фейнман диаграммасының бір нүктесінде). Бұл өзара әрекеттесу нейтронның бета-бөлінісін нейтронның электронмен, нейтриномен (кейіннен антинейтрино екені анықталды) және протонмен тікелей байланысуы арқылы түсіндіреді. Ферми алғаш рет 1933 жылы бета-бөліністі сипаттағанда осы байланысты енгізді. Ферми өзара әрекеттесуі әлсіз өзара әрекеттесу теориясының алдағысы болды, онда протон-нейтрон және электрон-антинейтрино арасындағы өзара әрекеттесу виртуалды W− бозоны арқылы жүзеге асырылады, ал Ферми теориясы – төмен энергиядағы тиімді өріс теориясы. Юджин Вигнердің айтуынша, Джорданмен бірге Джордан-Вигнер түрлендіруін енгізген Фермидің бета-бөлінісі жөніндегі еңбегі физика тарихына оның маңызды үлесі болды.

Бастапқы бас тарту және кейін жариялау тарихы

Ферми бета-бөлініс туралы "алдын ала" теориясын ең беделді "Nature" ғылыми журналына ұсынды, бірақ журнал оны "оқырманға қызығушылық тудырмайтын, шындықтан тым алыс болжамдар қамтитындықтан" қабылдамады. Кейіннен Nature журналы бұл бас тартуды тарихындағы ең ірі редакциялық қателіктердің бірі деп мойындады делінген, бірақ Фермидің биографы Дэвид Н. Шварц мұның дәлелденбеген және ықтимал емес екенін айтты. Ферми содан кейін жұмыстың түзетілген нұсқаларын итальяндық және неміс басылымдарына ұсынды, олар оларды 1933 және 1934 жылдары сол тілдерде қабылдап жариялады. Бұл мақала сол кезде ағылшын тілінде жарық көрген жоқ. Ол ядродағы нейтрино мен электрондардың шығарылуы мен сіңірілуі, екінші реттік бұрылыс теориясы бойынша, фотондардың шығарылуы мен сіңірілуі электромагниттік күшке қалай алып келедін болса, солайша протондар мен нейтрондар арасында тартылыс күшіне әкелуі керек екенін тапты. Ол күштің түрі , – деген қорытындыға келді, бірақ сол кездегі экспериментальдық деректер миллион есе кішкентай мән көрсетті. Келесі жылы Хидеки Юкава осы идеяны қолдады, бірақ оның теориясында нейтрино мен электрондар электроннан шамамен 200 есе ауыр тұрақты массасы бар жаңа гипотетикалық бөлшектің орнына алыстырылды.

Кейінгі дамуы

Фермидің төрт фермиондық теориясы әлсіз өзара әрекеттесуді тамаша түрде сипаттайды. Өкінішке орай, есептелген қима, яғни өзара әрекеттесу ықтималдығы, энергияның квадратымен өседі. Бұл қима шексіз өсетіндіктен, теория 100 ГэВ-тан асып түсетін энергияларда жарамсыз болады. Мұнда GF – өзара әрекеттесудің күшін көрсететін Ферми тұрақтысы. Бұл соңында төрт фермиондық контактілік өзара әрекеттесуді толыққанды теориямен (көкжарлық толықтыру – UV completion) алмастыруға әкелді, яғни электроәлсіз теорияда сипатталған W немесе Z бозонының алмасуы арқылы. Бұл өзара әрекеттесу мюонның ыдырауын мюон, электрон антинейтриносы, мюон нейтриносы және электронның жұптасуы арқылы түсіндіруге болады, мұнда өзара әрекеттесудің негізгі күші бірдей. Бұл гипотезаны Герштейн мен Зелдович ұсынды және ол Векторлық Ток Сақталу гипотезасы деп аталады. Ферми бастапқы теорияда өзара әрекеттесудің түрі екі векторлық токтың тікелей байланысы деп есептеген. Кейін Ли мен Янг аксиалды, паритетті бұзатын токтың пайда болуына ешқандай кедергі жоқ екенін көрсетті, және бұл Чиен Шиунг Ву жүргізген тәжірибелермен расталды. Фермидің өзара әрекеттесуіне паритет бұзуды енгізуді Джордж Гамов пен Эдвард Теллер Гамов-Теллер өтулері деп атады, олар Фермидің өзара әрекеттесуін паритетті бұзатын "рұқсат етілген" ыдыраулар және паритетті сақтайтын "супер рұқсат етілген" ыдыраулар тұрғысынан, тиісінше антипараллель және параллель электрон және нейтрино спині күйлері арқылы сипаттады. Электроәлсіз теория мен Стандартты модель пайда болғанға дейін Джордж Сударшан мен Роберт Маршак, сондай-ақ тәуелсіз түрде Рихард Фейнман мен Мюррей Гелл-Манн төрт фермиондық өзара әрекеттесудің дұрыс тензорлық құрылымын (вектор минус осьтік вектор, V − A) анықтай алды.