CÁC DÒNG YẾU VÀ DÒNG TRUNG HÒA
Trong mô hình bốn fermion, các tương tác yếu giữa các hạt được thực hiện bằng cách tiếp xúc, nhờ cái gọi là các dòng yếu, chứ không thông qua việc trao đổi các lượng tử của trường như đã xảy ra trong các tương tác mạnh và tương tác điện từ.
Các dòng yếu khác hẳn với dòng điện. Thứ nhất, dòng điện là dòng vectơ, còn các dòng yếu là tổng của dòng vectơ V và dòng vectơ trục A. Hành trạng của V và A khác nhau qua phép phản chiếu gương (phép nghịch đảo không gian P) và phép liên hợp điện tích C, nghĩa là dòng yếu không có tính chẵn lẻ xác định. Thứ hai, tương tác yếu, khác với tương tác điện từ diễn ra nhờ trao đổi các photon trung hòa, thường được thực hiện bởi các dòng điện tích, làm thay đổi điện tích của các hạt tương tác (xem phần ''Đối xứng trong thế giới các hạt và các định luật bảo toàn'').
Người ta phân biệt được các dòng quark (dòng hađron) với các dòng tích lepton. Các dòng quark biến notron thành proton, biến các quark loại này thành các quark loại kia. Dưới ảnh hường của các dòng lépton, chẳng hạn từ electron tích điện ta thu được notrinô không có điện tích. Dòng tích yếu tổng cộng của một quá trình tương tác cụ thể của các hạt là tổng các dòng tích lepton và quark.
Các dòng yếu trung hòa tham gia vào các quá trình tương tác của nơtrinô và phản nơtrinô với nucleon, trong các va chạm của nơtrinô muon với các electron v.v... Các dòng yếu trung hòa không làm thay đổi điện tích của các hạt tương tác. Tính chất quan trọng của các dòng yếu trung hòa là chúng biến các hạt thành chính chúng chứ không thành các quark và các lepton khác như trong trường hợp các dòng tích. Các dòng trung hòa được tiên đoán bởi lý thuyết thống nhất tương tác điện yếu (lý thuyết thống nhất tương tác điện yếu) đã được thực nghiệm phát hiện năm 1973.
Lý thuyết tương tác yếu bốn fermion được Fermi đưa ra năm 1934, được Gell-Mann, R. Marshak, E. Sudarshan và R.Feynman phát triển một cách căn bản vào cuối những năm 1950. Lý thuyết này vẫn đúng về mặt toán học và phát huy tác dụng tốt chỉ ở các năng lượng bé của các hạt tham gia vào các quá trình tương tác yếu (nói cách khác, không vượt nhiều quá 1GeV; khối lượng proton mp 938 MeV). Ở các năng lượng lớn, các công thức không còn ý nghĩa.
Trên quan điểm lý thuyết thuần túy, sơ đồ như thế không thể được xem là thỏa đáng, vì rằng một lý thuyết nhất quán phải đúng ở mọi năng lượng. Điều làm ta băn khoăn còn là tính không chuẩn của mô hình tương tác bốn fermion với các dòng yếu khó hiểu của nó cùng cơ chế tương tác bằng tiếp xúc, khó có thể đưa vào bức tranh tổng thể của thế giới vi mô. Tuy nhiên, toàn bộ tính đa dạng trong các quá trình tương tác yếu (có đến vài trăm quá trình) đều được miêu tả ở các năng lượng thấp bởi chính lý thuyết tương tác bốn fermion.
Thuật ngữ và công cụ toán về các dòng yếu của nó vẫn còn được sử dụng trong khoa học cho đến tận ngày nay.
ENRICO FERMI
Enrico Fermi (1901 - 1954) vào học trường Sư phạm thuộc trường Đại học tổng hợp Pisa nhằm hoàn thiện hiểu biết về vật lý cổ điển. Ông có được các kiến thức rất sâu sắc trong ngành khoa học này nhờ khát vọng không giới hạn muốn hiểu biết cái mới, nhờ năng khiếu bẩm sinh với toán học và vật lý, cũng như nhờ người kỹ sư hàng xóm đã chú ý tới chàng trai tài ba và hướng dẫn cậu đọc sách. Năm 1922, Fermi đã bảo vệ luận án tiến sĩ về nghiên cứu thực nghiệm bức xạ Rontgen. Học bổng của chính phủ Italia cho phép ông trau dồi kiến thức ở hai trường đại học: Gottingen bên cạnh Max Born và Leiden bên cạnh Paul Ehrenfest.
Từ năm 1924, Fermi dạy cơ học và vật lý toán ở trường Đại học tổng hợp Florence và hăng say nghiên cứu cơ học thống kê, lý thuyết chất rắn. Ông nghiên cứu các tính chất của ''khí electron'', mà các hạt của nó tuân theo nguyên lý cấm Pauli. Thống kê được ông và Dirac độc lập với ông đưa ra cho các hạt có pin bán nguyên (1/2, 3/2 v.v...) có tên là thống kê Fermi - Dirac, còn chính các hạt này được gọi là các hạt fermion để tôn vinh ông.
Năm 1927 Fermi, với tên tuổi nổi tiếng thế giới, đã được phong là giáo sư bậc nhất về vật lý ở trường Đại học tổng hợp Roma. Khác với phần đông các nhà vật lý lý thuyết cảm thấy không mấy tự tin trong phòng thí nghiệm vật lý, còn phần đông các nhà thực nghiệm lại khá yếu kém trong việc xây dựng lý thuyết, Fermi nhà lý thuyết chẳng kém gì Fermi nhà thực nghiệm. Năm 1928, ông công bố cuốn sách giáo khoa đầu tiên bằng tiếng Italia về vật lý lượng tử: “Nhập môn vật lý lượng tử”. Năm 1933, ông trở thành ''cha đỡ đầu'' cho hạt mới là nơtrinô. Khi đó ông gửi tạp chí “Nature'' của Ảnh bài báo về mối liên hệ của phân rã với một tương tác mới được gọi là tương tác yếu. Nhưng ban biên tập đã từ chối nhận đăng vì cho rằng các lập luận của tác giả chưa đủ chứng cứ. Công trình này của Fermi đã được đăng sau đó chút trong một tạp chí Italia.
Năm 1934, Irène và Frédéric Joliot - Curie đã khám phá ra tính phóng xạ nhân tạo Cũng năm đó, Fermi cùng với cộng tác viên của mình là Emilio Segrè đã tiến hành một loạt thí nghiệm để chứng minh rằng các nơtron có thể được làm chậm lại khi cho chúng đi qua một lớp chất (ví dụ, nước hay paraphin) có chứa các nguyên tử hyđro. Khi chiếu các hợp chất làm chậm, Fermi đã thu được rất nhiều đồng vị phóng xạ chưa được biết trước đây (nhưng không chú ý đến phân rã của các hạt nhân 238U). Vì chuỗi công trình này, năm 1938 Fermi được nhận giải thưởng Nobel. Khi đó, ông đã đưa ra ý tưởng tìm kiếm ''các nguyên tố siêu urani'' tức là các nguyên tố nằm trong hệ thống tuần hoàn sau urani.
Sau khi nhận giải Nobel, nhà bác học cùng gia đình đã chuyển sang sống ở Mỹ (vì nguồn gốc Do Thái của bà vợ Fermi là Laura nên ở lại nước Italia phát xít không còn an toàn nữa).
Ở Mỹ, Fermi giữ chức giáo sư, mới đầu ở Đại học tổng hợp Columbia, sau đó ở Đại học tổng hợp Chicago. Ở Chicago, ông đã xây dựng dưới gầm khán đài sân vận động (vì không có được địa điểm khác) lò phản ứng hạt nhân và ngày 2 tháng 12 năm 1942, đã cho lò khởi động, thực hiện phản ứng hạt nhân dây chuyền điều khiển được đầu tiên. Năm 1943, Fermi (bất chấp thân phận “người của nước ngoài thù địch”, vì Italia đang tiến hành chiến tranh chống Mỹ) đã bắt tay vào công việc chế tạo bom nguyên tử trong dự án Manhattan.
Đến khi kết thúc chiến tranh, Fermi, giờ đã là công dân đầy đủ của Mỹ, quay trở lại Chicago. Ở đây, ông nghiên cứu lý thuyết tăng tốc các hạt trong tia vũ trụ và lý thuyết thống kê của hiện tượng sinh nhiều hạt. Trong những năm đó nhà bác học phát biểu chống lại việc giữ bí mật các nghiên cứu nguyên tử và bảo vệ Robert Oppenheimer, người đã trở thành vật hiến tế “cho cuộc săn lùng những người khác chính kiến'' được ủy ban điều tra hoạt động chống nước Mỹ tung ra.
Sự sẵn sàng trả lời bất kỳ câu hỏi nào về vật lý khiến tất cả những ai quen biết Fermi đều phải ngạc nhiên nhà bác học đã cảm thụ vật lý sâu sắc và tinh tế đến thế!
Fermi là một người tốt bụng và một người thầy giỏi, đã đào tạo không ít các nhà vật lý lý thuyết và thực nghiệm. Một năm sau khi ông qua đời, nguyên tố hóa học mới (nguyên tố thứ 100) được đặt tên là fecmi. Ở Mỹ, Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia (Fermilab) và Viện nghiên cứu hạt nhân Chicago được mang tên ông, đơn vị độ dài “hạt nhân” femi (1fecmi = 1femtomet = 10-15m) và hằng số đặc trưng cho tương tác yếu được gọi là hằng số Fermi GF (GF = 294 GeV-2).