Interacțiunea slabă este una din patruforțe fundamentale care guvernează întreaga materie din univers. Celelalte trei sunt gravitația, electromagnetismul și forța puternică. În timp ce alte forțe țin lucrurile împreună, forțele slabe joacă un rol important în distrugerea lor.
Interacțiunea slabă este mai puternică decât gravitația, dar eaeficient doar la distanțe foarte scurte. Forța operează la nivel subatomic și joacă un rol critic în energizarea stelelor și crearea elementelor. Ea este, de asemenea, responsabilă pentru cea mai mare parte a radiațiilor naturale din univers.
Teoria Fermi
Fizicianul italian Enrico Fermi în 1933a dezvoltat o teorie pentru a explica dezintegrarea beta - procesul de conversie a unui neutron într-un proton și de deplasare a unui electron, care este adesea denumit în acest context o particulă beta. El a definit un nou tip de forță, așa-numita interacțiune slabă, care a fost responsabilă pentru dezintegrare, procesul fundamental de transformare a unui neutron într-un proton, neutrin și electron, care a fost definit ulterior ca un antineutrin.
Fermi a presupus inițial că existădistanță și aderență zero. Cele două particule trebuiau să fie în contact pentru ca forța să funcționeze. De atunci, s-a relevat că interacțiunea slabă este de fapt forța gravitației, care se manifestă la o distanță extrem de scurtă egală cu 0,1% din diametrul unui proton.
Rezistență electroslabă
Puterea slabă în descompunerile radioactivede aproximativ 100.000 de ori mai puțin decât electromagnetic. Cu toate acestea, acum se știe că este intrinsec egală cu forța electromagnetică și se crede că aceste două fenomene aparent distincte sunt manifestări ale unei singure forțe electroslabe. Acest lucru este confirmat de faptul că se combină la energii de peste 100 GeV.
Se spune uneori că interacțiunea slabă se manifestă în timpul dezintegrarii moleculelor. Cu toate acestea, forțele intermoleculare sunt de natură electrostatică. Au fost descoperite de Van der Waals și îi poartă numele.
Model standard
Interacțiunile slabe din fizică fac parteModelul Standard, teoria particulelor elementare, care descrie structura fundamentală a materiei folosind un set de ecuații elegante. Conform acestui model, particulele elementare, adică cele care nu pot fi împărțite în părți mai mici, sunt blocurile de construcție ale universului.
Una dintre aceste particule este un cuarc. Oamenii de știință nu presupun că există ceva mai puțin, dar caută oricum. Există 6 tipuri sau varietăți de quarci. Să le aranjam în ordine crescătoare a masei:
- superior;
- inferior;
- ciudat;
- Fermecat;
- minunat;
- Adevărat.
În diverse combinații, ele formează un setdiferite tipuri de particule subatomice. Deci, de exemplu, protonii și neutronii - particule mari ale unui nucleu atomic - sunt formați fiecare din trei quarci. Cele două superioare și inferioare formează un proton. Cele superioare și cele două inferioare formează un neutron. Schimbarea tipului de quarc poate schimba un proton într-un neutron, transformând astfel un element în altul.
Un alt tip de particule elementare este bosonul.Aceste particule sunt purtători de interacțiune, care constau din fascicule de energie. Fotonii sunt un tip de boson, gluonii sunt altul. Fiecare dintre aceste patru forțe este rezultatul schimbului de purtători de interacțiune. O interacțiune puternică este realizată de un gluon, iar una electromagnetică - de un foton. Gravitonul este teoretic un purtător de gravitație, dar nu a fost găsit.
bosonii W și Z
Interacțiunea slabă este purtată de bosonii W și Z.Aceste particule au fost prezise de câștigătorii Premiului Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam și Abdus Gleshaw în anii 60 ai secolului trecut și au fost descoperite în 1983 la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară CERN.
Bosonii W sunt încărcați electric și sunt notați cu simbolurile W+ (încărcat pozitiv) și W- (încărcat negativ).Bosonul W modifică compoziția particulelor. Prin emiterea unui boson W încărcat electric, forța slabă schimbă tipul de quarc, transformând un proton într-un neutron sau invers. Aceasta este ceea ce provoacă fuziunea nucleară și face ca stelele să ardă.
Această reacție creează elemente mai grele,care sunt în cele din urmă aruncate în spațiu de exploziile supernovei pentru a deveni blocurile de construcție ale planetelor, plantelor, oamenilor și a tuturor altora de pe Pământ.
Curentul neutru
Bosonul Z este neutru și poartă un curent neutru slab.Interacțiunea sa cu particulele este dificil de detectat. Căutările experimentale ale bosonilor W și Z în anii 1960 au condus oamenii de știință la o teorie care combină forțele electromagnetice și slabe într-o singură forță „electroslabă”. Cu toate acestea, teoria cerea ca particulele purtătoare să fie lipsite de greutate, iar oamenii de știință știau că, teoretic, bosonul W trebuie să fie greu pentru a explica raza sa scurtă. Teoreticienii au atribuit masa W unui mecanism invizibil numit mecanism Higgs, care implică existența bosonului Higgs.
În 2012, CERN a raportat că oamenii de știință care foloseau cel mai mare accelerator din lume, Large Hadron Collider, au observat o nouă particulă „corespunzătoare bosonului Higgs”.
Dezintegrarea beta
Interacțiunea slabă se manifestă prin dezintegrarea β -un proces în care un proton se transformă într-un neutron și invers. Apare atunci când, într-un nucleu cu prea mulți neutroni sau protoni, unul dintre ei este convertit în celălalt.
Dezintegrarea beta poate fi realizată în unul din două moduri:
- Cu minus dezintegrare beta, uneori scris ca β- -dezintegrare, neutronul se împarte într-un proton, un antineutrin și un electron.
- Interacțiunea slabă se manifestă prin dezintegrarea nucleelor atomice, uneori scrise ca β+-dezintegrare, când un proton se împarte într-un neutron, neutrin și pozitron.
Unul dintre elemente se poate transforma în altul,când unul dintre neutronii săi se transformă spontan într-un proton prin minus dezintegrare beta sau când unul dintre protonii săi se transformă spontan într-un neutron prin β+-descompunere.
Dezintegrarea beta dublă are loc atunci când sunt 2protonii sunt transformați simultan în 2 neutroni sau invers, în urma cărora sunt emise 2 electroni-antineutrini și 2 particule beta. Într-o dezintegrare ipotetică dublă beta fără neutrini, neutrinii nu sunt produși.
Captură electronică
Un proton se poate transforma într-un neutron prinun proces numit captarea electronilor sau captarea K. Când există un exces de protoni în nucleu în raport cu numărul de neutroni, electronul, de regulă, din învelișul electronilor interioare pare să cadă în nucleu. Electronul orbitalului este captat de nucleul părinte, ai cărui produse sunt nucleul fiu și neutrini. Numărul atomic al nucleului fiică rezultat scade cu 1, dar numărul total de protoni și neutroni rămâne același.
Reacția termonucleară
Interacțiunea slabă ia parte la fuziunea nucleară - o reacție care furnizează energie soarelui și bombelor termonucleare (hidrogen).
Primul pas în fuziunea hidrogenului este ciocnirea a doi protoni cu suficientă forță pentru a depăși repulsia reciprocă pe care o experimentează datorită interacțiunii lor electromagnetice.
Dacă ambele particule sunt plasate aproape una de alta, interacțiunile puternice le pot lega împreună. Aceasta creează o formă instabilă de heliu (2El), care are un nucleu cu doi protoni, spre deosebire de forma stabilă (4Nu), care are doi neutroni și doi protoni.
În pasul următor, interacțiunea slabă intră în joc. Din cauza supraabundenței de protoni, unul dintre ei suferă dezintegrare beta. Ulterior, alte reacții, inclusiv formarea intermediară și fuziunea 3În cele din urmă nu va forma un grajd 4Nu.
