ワインバーグ＝サラム理論
ワインバーグ=サラム理論(ワインバーグ=サラムりろん、英: Weinberg-Salam theory、WS理論)は、弱い相互作用と電磁相互作用を統一的に記述する電弱統一理論である。グラショウ=ワインバーグ=サラム理論(GWS理論)とも呼ばれる。
その名の示すとおり、シェルドン・グラショウ、スティーヴン・ワインバーグおよびアブドゥス・サラムの尽力によって完成した。彼ら3人は、この研究により、1979年にノーベル物理学賞を受賞した。
となる。 ゲージ変換の自由度を用いて Φ 1 = 0 , Φ 2 † = Φ 2 {\displaystyle \varPhi _{1}=0,\varPhi _{2}^{\dagger }=\varPhi _{2}} の形になるように選べば、ヒッグス場のポテンシャル項から
⟨ Φ ⟩ = v 2 ( 0 1 ) {\displaystyle \langle \varPhi \rangle ={\frac {v}{\sqrt {2}}}{\begin{pmatrix}0\\1\\\end{pmatrix}}}
の真空期待値をもち、励起状態は
Φ = v + h ( x ) 2 ( 0 1 ) {\displaystyle \varPhi ={\frac {v+h(x)}{\sqrt {2}}}{\begin{pmatrix}0\\1\\\end{pmatrix}}}
となる。 ヒッグス場が真空期待値をもつとき、ゲージ対称性は第一成分の位相変換
Φ ↦ ( e i θ 0 0 1 ) Φ {\displaystyle \varPhi \mapsto {\begin{pmatrix}e^{i\theta }&0\\0&1\\\end{pmatrix}}\varPhi }
の自由度を残して破れる。 破れずに残るこの位相変換の生成子は
Q = T 3 + Y {\displaystyle {\mathcal {Q}}=T^{3}+Y}
であり、これが電磁相互作用のゲージ群 U(1)em の生成子である電荷と同一視される。
場の混合を表す混合角は弱混合角(weak-mixing angle)、もしくはワインバーグ角(Weinberg angle)と呼ばれる。ゼロでない真空期待値を持つスカラー場の導入によって質量を持つゲージ粒子の予言に成功しており、その質量はヒッグスの真空期待値の大きさ(246GeV)とゲージ群 SU(2)L および U(1)Y に対応する2つのゲージ結合定数によって表され、これらの値は実験から精度よく決まっている。ヒッグス粒子の発見により、実験的にもワインバーグ=サラム理論は完全実証に至った。
ワインバーグ=サラム理論の特徴は、高エネルギーの状態(10GeV)では、ウィークボソンと光子との区別がなくなることである。これはビッグバンから10秒後までに相当し、約1000兆ケルビンの高温によってヒッグス粒子は蒸発する。このとき、ウィークボソンはヒッグス粒子の抵抗と無関係となり、光子と区別がつかなくなる。 つまり、宇宙が始まってから10秒より以前では、弱い相互作用と電磁相互作用との区別はなく、電弱相互作用として力の統一状態にあったという。 また、このときクォークとレプトンの質量がゼロとなる。ただし標準模型上の質量とは基本的にヒッグス粒子による慣性質量であり、重力子の挙動にも影響があるかどうかは不明。