Kakšna je šibka interakcija v fiziki?

Slaba interakcija je ena od štirih temeljnih sil, ki urejajo vso stvar v vesolju. Preostali trije sta gravitacija, elektromagnetizem in močna interakcija. Medtem ko druge sile držijo stvari skupaj, imajo šibka sila pomembno vlogo pri njihovem uničenju.

Slaba interakcija je močnejša od gravitacije, vendar je učinkovita le na zelo majhnih razdaljah. Sila deluje na subatomski ravni in ima ključno vlogo pri zagotavljanju energije zvezd in ustvarjanju elementov. Prav tako je odgovoren za večino naravnega sevanja v vesolju.

Teorija Fermi

Italijanski fizik Enrico Fermi leta 1933, je razvil teorijo, da pojasni beta razpad - proces pretvorbe nevtron v proton in elektron premik, pogosto iz tem, beta delec. Je definiral nov tip oblasti, tako imenovane šibke interakcije, ki je bila odgovorna za propad, je temeljni proces preoblikovanja nevtron v proton, elektron in nevtrino, ki je bil kasneje ugotovljeno, antineutrinos.

Fermi je prvotno domneval, da je nihala razdalja in oprijem. Dva delca sta morala stopiti v stik, tako da je sila delovala. Od takrat se je izkazalo, da je šibka interakcija dejansko sila privlačnosti, ki se manifestira na zelo kratki razdalji, ki je enaka 0,1% premera protona.

Elektroslagna moč

V Ljubljani radioaktivni razpadi Šibka sila je približno 100.000 krat manjša od elektromagnetne. Zdaj pa je znano, da je notranji enakovreden elektromagnetnemu, in verjamemo, da ti dve jasno različni pojavi predstavljata manifestacije ene elektrelečne sile. To potrjuje dejstvo, da se kombinirajo pri energijah nad 100 GeV.

Včasih rečemo, da se šibka interakcija manifestira v propadanju molekul. Vendar pa imajo medmolekularne sile elektrostatično naravo. Van der Waals jih je odkril in nosil ime.

Standardni model

Šibka interakcija v fiziki je del standardnega modela - osnovne teorije delcev, ki opisuje temeljno zgradbo snovi, z uporabo niza elegantnih enačb. Po tem modelu se osnovnih delcev, tj. E. To ne more biti razdeljeno na manjše dele, so gradniki vesolja.

Eden takšnih delcev je kvark. Znanstveniki ne pričakujejo obstoja nekaj manj, vendar še vedno iščejo. Obstaja šest vrst ali kvarkov. Postavljamo jih po vse večji masi:

• zgornji;
• nižje;
• čudno;
• fasciniran;
• čudovit;
• resnično.

V različnih kombinacijah tvorijo različne vrste subatomskih delcev. Na primer, protoni in nevtroni - veliki delci atomskega jedra - sestavljajo trije kvarki. Dva zgornja in spodnja tvorita proton. Zgornji in spodnji del oblikujeta nevtron. Spreminjanje stopnje kvarka lahko spremeni proton v nevtron, s čimer pretvori en element v drugega.

Druga vrsta elementarnih delcev je bozon. Ti delci so nosilci interakcije, ki jih sestavljajo energijski žarki. Fotoni so ena vrsta bozona, gluoni so drugi. Vsaka od teh štirih sil je rezultat delitve vektorjev interakcije. Močna interakcija poteka z gluonom in elektromagnetno interakcijo s fotonom. Graviton je teoretično nosilec gravitacije, vendar ga ni bilo mogoče najti.

W in Z bozoni

Šibko interakcijo prenesejo z W in Z bozoni. Ti delci so napovedali Nobelov nagrajenec Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam in v 60-ih letih prejšnjega stoletja, in so jih našli leta 1983 v Evropski organizaciji za jedrske raziskave CERN.

W-bozoni so električno napolnjeni in označeni s simboli W⁺ (pozitivno napolnjena) in W^- (negativno nabit). W-bozon spremeni sestavo delcev. Ki oddaja električno nabit W bozon, skuta šibka sila spreminja stopnjo, struženje proton v nevtrona ali obratno. To je vzrok jedrska fuzija in povzroča, da zvezde izgorejo.

Ta reakcija ustvarja težje elemente, ki jih končno vržejo v vesolje z eksplozijami supernov, da postanejo gradbeni material za planete, rastline, ljudi in vse ostalo na Zemlji.

Nevtralni tok

Z-bozon je nevtralen in nosi šibek nevtralni tok. Njeno interakcijo z delci je težko zaznati. Eksperimentalna iskanja W in Z bozonov v šestdesetih letih prejšnjega stoletja so znanstvenike pripeljala do teorije, ki je združila elektromagnetno in šibko silo v en sam elektroslag. Vendar pa je teorija zahtevala, da so nosilni delci breztežni, znanstveniki pa so vedeli, da bi moral biti teoretično W-bozon težek, da pojasni svoj kratki razpon. Teoretiki so masi W pripisali nevidnemu mehanizmu, imenovanemu Higgsov mehanizem, ki predvideva obstoj Higgsovega bozona.

Leta 2012 je CERN poročal, da so znanstveniki, ki uporabljajo največji pospeševalnik na svetu - Large Hadron Collider - opazili nov delec, ki ustreza Higgsovemu bozonu.

Beta razpad

Slaba interakcija se manifestira, ko beta propad, proces, v katerem se proton pretvori v nevtron in obratno. To se zgodi, ko v jedru s preveč nevtronov ali protonov, eden od njih pretvori v drugo.

Beta propad se lahko izvede na enega od dveh načinov:

1. Z minus-beta razpadanjem, včasih napisan kot beta-^minus- -razpad se nevtron razcepi v proton, antineutrinoz in elektron.
2. Slaba interakcija se kaže v razpadanju atomskih jeder, včasih napisanih kot beta-⁺-razpad, ko je proton razdeljen na nevtron, nevtrino in pozitron.

Eden od elementov lahko spremeni v drugo, ko je eden od njegovih vzdržijo spontano pretvori v proton preko negativnega razpad beta, ali če eden od njenih protona na vzdržijo spontano transformirana preko beta-⁺-razpad.

Dvojno beta propad se pojavi, ko se dva protona v jedru istočasno pretvorita v 2 nevtronov ali obratno, zaradi česar se oddajajo 2 elektron-antineutrina in 2 beta delca. V hipotetičnem nevtrinoloznem dvojnem beta propadu neutrini ne tvorijo.

Elektronsko zajemanje

Proton se lahko pretvori v nevtron s postopkom, imenovanim zajemanje elektronov ali K-zajemanje. Kadar je v jedru prekomerno število protonov glede na število nevtronov, se elektron v pravilnem primeru pada iz notranjega elektronskega lupine v jedro. Elektronski orbital je zajet z materinskim jedrom, katerega produkti so hčerinsko jedro in nevtino. Atomsko število pridobljenega hčerinskega jedra se zmanjša za 1, vendar skupno število protonov in nevtronov ostane enako.

Termonuklearna reakcija

Slaba interakcija sodeluje pri jedrski fuziji - reakciji, ki energizira sonce in termonuklearni (vodik) bombe.

Prva stopnja fuzije vodika je trk dveh protonov z zadostno silo, da bi premagali vzajemno odboj, ki ga doživljajo zaradi njihove elektromagnetne interakcije.

Če sta oba delca blizu, lahko močno interakcijo povežejo. To ustvarja nestabilno obliko helija (²He), ki ima jedro z dvema protonoma, v nasprotju s stabilno obliko (⁴On), ki ima dva neutrona in dva protona.

Na naslednji stopnji vstopi šibka interakcija. Zaradi preobilja protonov, eden od njih pretrpi beta propad. Po tem, druge reakcije, vključno z vmesnim nastajanjem in fuzijo ³Dolgoročno ne oblikujemo stabilnega ⁴Ne.