Care este interacțiunea slabă în fizică?

Interacțiunea slabă - este una dintre cele patru forțe fundamentale care guvernează toată materia din univers. Celelalte trei - gravitatia, electromagnetismul, și interacțiunea puternică. În timp ce alte forțe dețin lucruri împreună, forța slabă joacă un rol important în distrugerea lor.

Interacțiunea slabă este gravitația mai puternică, dar este eficient numai la distanțe foarte scurte. Forța acționează la nivel subatomic, și joacă un rol crucial în asigurarea energia stelelor și crearea de elemente. De asemenea, este responsabil pentru o mare parte a radiației naturale din univers.

teoria 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 presupus inițial că a existat o distanță de zero și ambreiaj. Două particule au învecina pentru a forța funcționat. Din moment ce a devenit clar faptul că interacțiunea slabă este de fapt o forță de atracție, care se manifestă într - o distanță extrem de scurtă, egală cu 0,1% dintr - un diametru de protoni.

forță electroslabe

Dezintegrarea radioactiva a forța slabă este de aproximativ 100 000 de ori mai mică decât electromagnetice. 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 au venit împreună la energii mai mult de 100 GeV.

Se spune uneori că interacțiunea slabă se manifestă în descompunerea moleculelor. Cu toate acestea forțele mezhmolekulrnye sunt electrostatice în natură. Acestea au fost descoperite de Van der Waals și poartă numele.

Modelul standard

Interacțiunea slabă în fizica 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 m. E. Acest lucru nu poate fi divizat în părți mai mici, sunt pietrele de temelie ale universului.

O astfel de particulă este quark. Oamenii de știință nu implică existența a ceva mai mici, dar ele sunt încă în căutarea. Există 6 tipuri sau varietăți de quarci. Puneți-le în ordinea crescătoare în masă:

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

În diferite combinații, ele formează o mare varietate de tipuri de particule subatomice. De exemplu, protoni și neutroni - particulele mari ale nucleului atomic - quark constau din câte trei. Doi superior și inferior cuprind proton. Superioară și inferioară doi formează un neutron. schimbare de grad cuarc poate modifica protoni la un neutron, transformându-se astfel un element la altul.

Un alt tip de particulă este un boson. Aceste particule - vectori de interacțiune, care constau din fascicule de energie. Fotonii sunt un tip de bosonul, gluoni - cealaltă. Fiecare dintre aceste patru forțe este rezultatul interacțiunii de schimb între transportatori. interacțiune puternică este gluoni și electromagnetic - fotoni. Graviton teoretic, este un purtător al forței de gravitație, dar nu a fost găsit.

W- și Z-bosoni

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-bosoni sunt încărcate electric și sunt notate cu W ⁺ (încărcate pozitiv) și W ^- (încărcat negativ). W-boson alterează compoziția particulelor. Emitatoare încărcat electric W-boson, quark forță slabă schimbă clasa, transformarea unui proton într-un neutron sau invers. Aceasta este ceea ce cauzează fuziunea nucleară și face stele arde.

Această reacție creează elemente mai grele, care în cele din urmă ejectate în spațiu de explozii de supernove, pentru a deveni pietrele de temelie ale planetelor, plante, oameni și orice altceva în lume.

curent neutru

Z-bosonul este neutru și are un curent neutru slab. interacțiunea sa cu particule 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 anunțat că oamenii de știință care utilizează cel mai mare accelerator din lume - Large Hadron Collider - a observat o nouă particulă, „bosonul Higgs corespunzătoare.“

Beta degradare

interacțiune slabă se manifestă în β-degradare - un proces în care un proton este convertit la un neutron și invers. Aceasta are loc atunci când un nucleu cu prea mulți neutroni sau protoni unul dintre ei convertit la altul.

descompunere beta se poate face într-una din cele două moduri:

1. Când beta-minus degradare, uneori scris ca β ^- degradare, neutronice divizat într - un proton și un electron antineutrino.
2. interacțiune slabă se manifestă prin dezintegrarea nucleelor atomice, uneori scrise ca β ⁺ putrezire, când protonul este divizat într - un neutron și pozitron neutrino.

Unul dintre elementele pot transforma în celălalt, atunci când una dintre neutron sa transformat spontan într - un proton prin dezintegrarea beta negativ, sau atunci când unul dintre protonii săi transformat spontan într - un neutron prin β ⁺ dezintegrării.

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.

captura de electroni

Proton se poate transforma într-un neutron printr-un proces numit captura de electroni sau K-captare. 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. orbitali Electron capturat nucleul mama, produsele care sunt nucleul fiica și neutrino. Numărul atomic al nucleului fiica obținut este decrementat cu 1, dar numărul total de protoni și neutroni rămâne aceeași.

reacție termonucleară

Interacțiunea slabă este implicată în fuziune nucleară - reacția care furnizează energia (hidrogen) bomba la soare și termonucleară.

Primul pas în fuziunea hidrogenului este o coliziune a doi protoni cu suficientă forță pentru a depăși forța de respingere reciprocă simțit de ei datorită interacțiunii lor electromagnetice.

Dacă cele două particule sunt aranjate aproape unul de altul, o interacțiune puternică le poate asocia. Aceasta creează o formă instabilă de heliu ⁽² El), care are un nucleu cu doi protoni, spre deosebire de forma stabilă (nr ^4), care are doi protoni si doi neutroni.

În etapa următoare intră în interacțiune slabă joc. Datorită supraabundența protoni unul dintre ei suferă dezintegrarea beta. După aceea, cealaltă reacție, inclusiv formarea intermediară și fuziunea ³ El formează în cele din urmă un grajd ⁴ El.