Care este interacțiunea slabă în fizică?

Interacțiunea slabă este una dintre cele patru forțe fundamentale care guvernează toată materia în univers. Celelalte trei sunt gravitatea, electromagnetismul și interacțiunea puternică. În timp ce alte forțe țin lucrurile împreună, o forță slabă joacă un rol important în distrugerea lor.

Interacțiunea slabă este mai puternică decât gravitația, dar este eficientă numai la distanțe foarte mici. Forța acționează la un nivel subatomic și joacă un rol crucial în asigurarea energiei stelelor și crearea elementelor. Este, de asemenea, responsabil pentru majoritatea radiațiilor naturale din univers.

Teoria lui Fermi

fizicianul italian Enrico Fermi în 1933, a dezvoltat o teorie pentru a explica dezintegrarea beta - procesul de transformare a unui neutron într-un proton și un electron de deplasare, de multe ori se face referire în acest context, particula beta. El a definit un nou tip de putere, așa-numita interacțiune slabă, care a fost responsabil pentru colapsul, procesul fundamental de transformare a unui neutron într-un proton, un electron și un neutrino, care ulterior a fost identificat ca fiind antineutrini.

Fermi a presupus inițial că există distanța zero și aderența. Două particule trebuiau să intre în contact, astfel încât forța să funcționeze. De atunci, sa dovedit că interacțiunea slabă este de fapt forța de atracție, care se manifestă la o distanță extrem de scurtă egală cu 0,1% din diametrul protonului.

Rezistența la electrozi

În dezintegrări radioactive Forța slabă este de aproximativ 100.000 de ori mai mică decât cea electromagnetică. Cu toate acestea, este cunoscut acum că este intern electromagnetică, iar aceste două fenomene distincte sunt considerate a reprezenta o manifestare a unei singure electroslab forță. Acest lucru este confirmat de faptul că se combină la energii mai mari de 100 GeV.

Uneori se spune că o interacțiune slabă se manifestă în decăderea moleculelor. Cu toate acestea, forțele intermoleculare au un caracter electrostatic. Au fost descoperite de Van der Waals și poartă numele său.

Modelul standard

Interacțiunea slabă în fizică face parte din modelul standard - teoria particulelor elementare, care descrie structura fundamentală a materiei, folosind un set de ecuații elegante. Conform acestui model, particulele elementare, adică ceea ce nu pot fi împărțite în părți mai mici, sunt elementele de bază ale universului.

O astfel de particulă este un quark. Oamenii de știință nu se așteaptă la existența a ceva mai puțin, dar ei încă mai caută. Există șase tipuri sau varietăți de cuarci. Le plasăm în ordinea crescândă a masei:

• superioară;
• inferior;
• țară;
• fermecat;
• minunat;
• adevărat.

În diverse combinații, ele formează o varietate de tipuri diferite de particule subatomice. De exemplu, protonii și neutronii - particule mari a nucleului atomic - constau din trei cuarci fiecare. Cele două superioare și inferioare constituie protonul. Partea superioară și cea inferioară formează un neutron. Schimbarea gradului de quark poate schimba protonul într-un neutron, transformând astfel un element în altul.

Un alt tip de particule elementare este bosonul. Aceste particule sunt purtătoare de interacțiune, care constau în grinzi de energie. Fotonii sunt un tip de boson, iar gluonii sunt alții. Fiecare dintre aceste patru forțe este rezultatul împărțirii vectorilor de interacțiune. Interacțiunea puternică se realizează printr-un gluon și interacțiunea electromagnetică de către un foton. Graviton este teoretic un purtător al gravitației, dar nu a fost găsit.

W și Z bosoane

interacțiune slabă este mediată W- și Z-bosoni. Aceste particule au fost prezise de laureați ai premiului Nobel Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam și în anii `60 ai secolului trecut, și le-a găsit în 1983 la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară CERN.

W-bosoanele sunt încărcate electric și sunt notate cu simbolurile W⁺ (încărcate pozitiv) și W^- (încărcat negativ). Bozonul W modifică compoziția particulelor. Prin emiterea unui boson W încărcat electric, o forță slabă schimbă tipul de quark, transformând protonul într-un neutron sau invers. Aceasta este cauza fuziunea nucleară și face să ardă stelele.

Această reacție creează elemente mai grele, care sunt în cele din urmă aruncate în spațiu prin explozii supernovate pentru a deveni un material de construcție pentru planete, plante, oameni și orice altceva de pe Pământ.

Curent neutru

Z-bosonul este neutru și poartă un curent neutru slab. Interacțiunea cu particulele este dificil de detectat. Cautari experimentale pentru W- și Z-bosoni în anii 1960 a condus oamenii de știință la teoria, combinând electromagnetice și forța slabă într-un singur „electroslab“. Cu toate acestea, teoria a cerut ca particulele de-transportatorii să fie imponderabil, dar oamenii de stiinta au cunoscut faptul ca teoria W-bosonul ar trebui să fie greu pentru a explica gama scurte. Teoreticienii greutate W efectuate pe cont mecanism invizibil numit mecanism Higgs prevede existența Higgs.

În 2012, CERN a raportat că oamenii de știință care folosesc cel mai mare accelerator din lume - Large Hadron Collider - au observat o nouă particulă "corespunzătoare bosonului Higgs".

Degradarea beta

Interacțiunea slabă se manifestă când beta, un proces în care un proton este transformat într-un neutron și invers. Apare atunci când într-un nucleu cu prea multe neutroni sau protoni, unul dintre ele este convertit în altul.

Degradarea beta poate fi efectuată în două moduri:

1. Cu decăderea minus-beta, uneori scrisă ca beta-^minus- -degradarea, neutronul se împarte într-un proton, antineutrinos și un electron.
2. Interacțiunea slabă se manifestă prin dezintegrarea nucleelor ​​atomice, uneori scrise ca fiind beta-⁺-degradare, atunci când un proton este împărțit într-un neutron, un neutrino și un pozitron.

Unul dintre elementele pot transforma în celălalt, atunci când una dintre neutron sa transformat spontan într-un proton prin dezintegrarea beta negativ, sau cand unul dintre protonul său un neutron transformat spontan prin beta-⁺-degradare.

Dezintegrarea beta dubla are loc atunci când un miez 2 în același timp, transformată într-un proton versa neutron 2 sau vice, prin care eliberarea acestora de electroni antineutrini 2 2 și beta. În ipotetic Neutrinoless dezintegrarea beta dubla de neutrini sunt formate.

Capturarea electronică

Protonul poate deveni un neutron printr-un proces numit captură electronică sau captare K. Când kernel-ul are un număr mare de protoni în raport cu numărul de neutroni, electroni, de obicei din interiorul învelișului de electroni cum ar fi căderea în nucleu. Electronul orbitalului este capturat de nucleul mamei, ale cărui produse sunt nucleul fiicei și neutrinul. Numărul atomic al nucleului fiica obținut este decrementat cu 1, dar numărul total de protoni și neutroni rămâne aceeași.

Reacția termonucleară

Interacțiunea slabă ia parte la fuziunea nucleară - o reacție care energizează soarele și termonuclear (hidrogen) bombă.

Prima etapă în fuziunea hidrogenului este coliziunea a doi protoni cu o forță suficientă pentru a depăși repulsia reciprocă pe care o întâmpină din cauza interacțiunii lor electromagnetice.

Dacă ambele particule sunt situate aproape una de cealaltă, interacțiunea puternică le poate lega. Aceasta creează o formă instabilă de heliu (²El), care are un nucleu cu două protoni, spre deosebire de forma stabilă (⁴El), care are doi neutroni și doi protoni.

În etapa următoare, o interacțiune slabă intră în joc. Datorită supraabundenței protonilor, unul dintre ei suferă o dezintegrare beta. După aceasta, alte reacții, inclusiv formarea intermediară și fuziunea ³Nu, pe termen lung, să formați un stabilizator ⁴Nu.