La interacción débil es una de cuatroFuerzas fundamentales que gobiernan toda la materia en el universo. Los otros tres son la gravedad, el electromagnetismo y la interacción fuerte. Mientras que otras fuerzas mantienen las cosas juntas, la fuerza débil desempeña un papel importante en su destrucción.
La fuerza débil es más fuerte que la gravedad, perosolo efectivo en distancias muy cortas. La Fuerza opera a nivel subatómico y juega un papel fundamental en el suministro de energía a las estrellas y la creación de los elementos. También es responsable de la mayor parte de la radiación natural en el universo.
teoría de fermi
El físico italiano Enrico Fermi en 1933.desarrolló una teoría para explicar la desintegración beta, el proceso de convertir un neutrón en un protón y expulsar un electrón, que a menudo se denomina partícula beta en este contexto. Identificó un nuevo tipo de fuerza, la llamada fuerza débil, que era la responsable del decaimiento, el proceso fundamental de la transformación de un neutrón en un protón, un neutrino y un electrón, que luego fue identificado como antineutrino.
Fermi inicialmente asumió que habíacero distancia y agarre. Las dos partículas tenían que estar en contacto para que la fuerza funcionara. Desde entonces ha quedado claro que la fuerza débil es en realidad una fuerza de atracción que se manifiesta en una distancia extremadamente corta, igual al 0,1% del diámetro de un protón.
fuerza electrodébil
Fuerza débil en las desintegraciones radiactivasaproximadamente 100.000 veces más pequeño que el electromagnético. Sin embargo, ahora se sabe que es intrínsecamente igual a la electromagnética, y se cree que estos dos fenómenos aparentemente distintos representan manifestaciones de una sola fuerza electrodébil. Esto se confirma por el hecho de que se combinan a energías superiores a 100 GeV.
A veces se dice que la interacción débil se manifiesta en la descomposición de las moléculas. Sin embargo, las fuerzas intermoleculares son de naturaleza electrostática. Fueron descubiertas por van der Waals y llevan su nombre.
modelo estandar
La interacción débil en física es parte demodelo estándar: la teoría de las partículas elementales, que describe la estructura fundamental de la materia utilizando un conjunto de ecuaciones elegantes. Según este modelo, las partículas elementales, es decir, aquello que no se puede dividir en partes más pequeñas, son los bloques de construcción del universo.
Una de estas partículas es el quark. Los científicos no asumen la existencia de nada menos, pero siguen buscando. Hay 6 tipos o variedades de quarks. Pongámoslos en orden ascendente:
- superior;
- más bajo;
- extraño;
- Encantado;
- encantador;
- verdadero.
En varias combinaciones, forman un conjuntovarios tipos de partículas subatómicas. Por ejemplo, los protones y los neutrones (partículas grandes del núcleo atómico) constan cada uno de tres quarks. Los dos superiores y el inferior forman un protón. El de arriba y los dos de abajo forman un neutrón. Cambiar el tipo de quark puede convertir un protón en un neutrón, convirtiendo así un elemento en otro.
El bosón es otro tipo de partículas elementales.Estas partículas son portadores de interacción, que consisten en haces de energía. Los fotones son un tipo de bosón, los gluones son otro. Cada una de estas cuatro fuerzas es el resultado de un intercambio de portadores de interacción. La interacción fuerte la lleva a cabo el gluón y la interacción electromagnética el fotón. El gravitón es teóricamente el portador de la gravedad, pero no se ha encontrado.
Bosones W y Z
La fuerza débil es transportada por los bosones W y Z.Estas partículas fueron predichas por los ganadores del Premio Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam y Abdus Gleshow en la década de 1960 y descubiertas en 1983 por la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN.
Los bosones W están cargados eléctricamente y se denotan con los símbolos W+ (carga positiva) y W- (Cargado negativamente).El bosón W cambia la composición de las partículas. Al emitir un bosón W cargado eléctricamente, la fuerza débil cambia el tipo de quark, convirtiendo un protón en un neutrón o viceversa. Esto es lo que causa la fusión nuclear y hace que las estrellas se quemen.
Esta reacción crea elementos más pesados,que finalmente son arrojados al espacio por explosiones de supernovas para convertirse en los componentes básicos de planetas, plantas, personas y todo lo demás en la Tierra.
corriente neutra
El bosón Z es neutro y lleva una corriente neutra débil.Su interacción con las partículas es difícil de detectar. Las búsquedas experimentales de bosones W y Z en la década de 1960 llevaron a los científicos a una teoría que combina las fuerzas electromagnética y débil en una sola "electrodébil". Sin embargo, la teoría requería que las partículas transportadoras no tuvieran peso, y los científicos sabían que, teóricamente, el bosón W tendría que ser pesado para explicar su corto alcance. Los teóricos han atribuido la masa W a un mecanismo invisible llamado mecanismo de Higgs, que prevé la existencia del bosón de Higgs.
En 2012, el CERN informó que los científicos que usaban el acelerador más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, habían observado una nueva partícula "correspondiente al bosón de Higgs".
Decaimiento beta
La interacción débil se manifiesta en el decaimiento β -el proceso por el cual un protón se convierte en un neutrón y viceversa. Se produce cuando, en un núcleo con demasiados neutrones o protones, uno de ellos se convierte en otro.
La descomposición beta puede ocurrir de una de dos maneras:
- En decaimiento beta negativo, a veces escrito como β− decae, el neutrón se divide en un protón, un antineutrino y un electrón.
- La interacción débil se manifiesta en la descomposición de los núcleos atómicos, a veces escrito como β+-decaimiento, cuando un protón se divide en un neutrón, un neutrino y un positrón.
Uno de los elementos puede convertirse en otro,cuando uno de sus neutrones se convierte espontáneamente en un protón a través de la desintegración beta negativa, o cuando uno de sus protones se convierte espontáneamente en un neutrón a través de β+-decadencia.
La desintegración doble beta ocurre cuando el núcleo tiene 2los protones se transforman simultáneamente en 2 neutrones o viceversa, como resultado de lo cual se emiten 2 electron-antineutrinos y 2 partículas beta. En una hipotética desintegración beta doble sin neutrinos, no se producen neutrinos.
captura electronica
Un protón se puede convertir en un neutrón porun proceso llamado captura de electrones o captura K. Cuando hay un número excesivo de protones en el núcleo en relación con el número de neutrones, el electrón, por regla general, de la capa interna de electrones parece caer en el núcleo. El electrón del orbital es capturado por el núcleo padre, cuyos productos son el núcleo hijo y el neutrino. El número atómico del núcleo hijo resultante disminuye en 1, pero el número total de protones y neutrones sigue siendo el mismo.
reacción termonuclear
La fuerza débil está involucrada en la fusión nuclear, la reacción que alimenta el sol y las bombas termonucleares (hidrógeno).
El primer paso en la fusión del hidrógeno es la colisión de dos protones con suficiente fuerza para superar la repulsión mutua que experimentan debido a su interacción electromagnética.
Si ambas partículas se colocan cerca una de la otra, una fuerza fuerte puede unirlas. Esto crea una forma inestable de helio (2Él), que tiene un núcleo con dos protones, a diferencia de la forma estable (4Not), que tiene dos neutrones y dos protones.
En la siguiente etapa, entra en juego la interacción débil. Debido a una sobreabundancia de protones, uno de ellos sufre desintegración beta. Después de esto, otras reacciones, incluida la formación intermedia y la fusión. 3En última instancia, no formen un establo. 4No.
