Ángulo de Weinberg

El patrón de isospin débil, $T_3$, e hipercarga débil, $Y_W$, de las partículas elementales conocidas, mostrando la carga eléctrico, $Q$, a lo largo del ángulo de Weinberg. El campo de Higgs neutro (círculo) rompe la simetría electrodébi e interacciona con otras partículas para darles masa. Tres componentes del campo de Higgs pasan a ser componentes de los bosones masivos W y Z.

El ángulo de Weinberg o ángulo de mezcla débil es un parámetro en la teoría de Weinberg–Salam de las interacciones electrodébiles, parte del modelo estándar de la física de partículas, y se denota normalmente como ${\theta }_W$. Es el ángulo en el que la ruptura de simetría espontánea rota el plano original de los bosones vectoriales $W^0$ y $B^0$, produciendo como resultado bosón $Z^0$, y el fotón.

$\left(\begin{array}{c}\gamma \\ Z^0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos {\theta }_W& \sin {\theta }_W\\ -\sin {\theta }_W& \cos {\theta }_W\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{B}^0\\ W^0\end{array}\right)$

También proporciona la relación entre las masas de los bosones W y Z (denotadas como $m_W$ y $m_Z$):

$m_Z=\frac{m_W}{\cos {\theta }_W}$

El ángulo se puede expresar en términos de las constantes de acoplamiento de los grupos gauge $SU(2{)}_L$ y $U(1{)}_Y$ ($g$ y $g^{\prime }$, respectivamente):

$\cos {\theta }_W=\frac{g}{\sqrt{g^2+g{\text{'}}^2}}$ y $\sin {\theta }_W=\frac{g^{\prime }}{\sqrt{g^2+g{\text{'}}^2}}$

Como el valor del ángulo de mezcla actualmente se determina empíricamente, su definición se establece como:

$\cos {\theta }_W=\frac{m_W}{m_Z}$

El valor de ${\theta }_W$ varía en función de la escala de energía (determinada por la transferencia de momento, $Q$) en que está medido. Esta variación, o 'running', es una predicción clave del modelo electrodébil. Las medidas más precisas han sido llevadas a cabo en colisionadores electrón-positron en un valor de $Q$ = 91.2 GeV/c, correspondiendo a la masa del bosón Z, $m_Z$.

En la práctica, la cantidad más usada es ${\sin }^2{\theta }_W$. La mejor estimación de 2004 ${\sin }^2{\theta }_W$, en $Q$ = 91.2 GeV/c, en el esquema $\overline{\mathrm{M}\mathrm{S}}$ es 0.23120 ± 0.00015. Experimentos de violación de la paridad atómicos proporcionan un valor de ${\sin }^2{\theta }_W$ en valores más pequeños de $Q$, a menos de 0.01 GeV/c, pero con mucha precisión más baja. En 2005 se publicó un estudio de violación de la paridad en scattering de Møller que obtuvo ${\sin }^2{\theta }_W$ = 0.2397 ± 0.0013 en $Q$ = 0.16 GeV/c, estableciendo experimentalmente el 'running' del ángulo de mezcla débil. LHCb Midió en $Q$ = 7 y 8 TeV un ángulo eficaz de ${\sin }^2{\theta }_W^{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}}$ = 0.23142. El valor recomendado actualmente (2015) es ${\sin }^2{\theta }_W$ = 0.2223(21) (en este caso, en el esquema on-shell). Estos valores corresponden a un ángulo de Weinberg de ~30°.

Notar, sin embargo, que el valor concreto del ángulo no es una predicción del modelo estándar: es un parámetro libre, sin fijar. Actualmente no hay ninguna teoría generalmente aceptada que explique el valor medido.