Slabá sila je jednou zo štyrochzákladné sily, ktoré riadia všetku hmotu vo vesmíre. Ďalšie tri sú gravitácia, elektromagnetizmus a silná sila. Zatiaľ čo iné sily držia veci pohromade, slabá sila hrá veľkú úlohu pri ich rozkladaní.
Slabá sila je silnejšia ako gravitácia, ale jeúčinné len na veľmi krátke vzdialenosti. Sila pôsobí na subatomárnej úrovni a hrá rozhodujúcu úlohu pri poskytovaní energie hviezdam a vytváraní prvkov. Je tiež zodpovedný za väčšinu prirodzeného žiarenia vo vesmíre.
Fermiho teória
Taliansky fyzik Enrico Fermi v roku 1933vyvinul teóriu na vysvetlenie beta rozpadu – procesu premeny neutrónu na protón a vypudenia elektrónu, ktorý sa v tejto súvislosti často nazýva beta častica. Identifikoval nový typ sily, takzvanú slabú silu, ktorá bola zodpovedná za rozpad, základný proces premeny neutrónu na protón, neutríno a elektrón, ktorý bol neskôr identifikovaný ako antineutríno.
Fermi spočiatku predpokladal, že ánonulová vzdialenosť a priľnavosť. Aby sila mohla pôsobiť, museli byť tieto dve častice v kontakte. Odvtedy sa ukázalo, že slabá sila je v skutočnosti príťažlivá sila, ktorá sa prejavuje na extrémne krátku vzdialenosť, rovnajúcu sa 0,1 % priemeru protónu.
elektroslabá sila
Slabá sila pri rádioaktívnych rozpadochpribližne 100 000-krát menšie ako elektromagnetické. Teraz je však známe, že je vo svojej podstate rovný elektromagnetickému a tieto dva zjavne odlišné javy sa považujú za prejavy jedinej elektroslabej sily. Potvrdzuje to skutočnosť, že sa spájajú pri energiách nad 100 GeV.
Niekedy sa hovorí, že slabá interakcia sa prejavuje rozpadom molekúl. Medzimolekulové sily sú však elektrostatického charakteru. Objavil ich van der Waals a nesú jeho meno.
štandardný model
Slabá interakcia vo fyzike je súčasťouštandardný model - teória elementárnych častíc, ktorá popisuje základnú štruktúru hmoty pomocou sústavy elegantných rovníc. Podľa tohto modelu sú elementárne častice, teda tie, ktoré sa nedajú rozdeliť na menšie časti, stavebnými kameňmi vesmíru.
Jednou z týchto častíc je kvark. Vedci nepredpokladajú existenciu niečoho menšieho, no stále hľadajú. Existuje 6 druhov alebo odrôd kvarkov. Zoraďme ich vo vzostupnom poradí:
- horný;
- nižšia;
- zvláštne;
- očarený;
- pôvabné;
- pravda.
V rôznych kombináciách tvoria súborrôzne typy subatomárnych častíc. Napríklad protóny a neutróny – veľké častice atómového jadra – každý pozostáva z troch kvarkov. Horné dva a spodné tvoria protón. Jeden horný a dva spodné tvoria neutrón. Zmena druhu kvarku môže zmeniť protón na neutrón, čím sa jeden prvok zmení na druhý.
Bozón je ďalší typ elementárnych častíc.Tieto častice sú nosičmi interakcií, ktoré pozostávajú z energetických lúčov. Fotóny sú jedným typom bozónu, druhým sú gluóny. Každá z týchto štyroch síl je výsledkom výmeny nosičov interakcie. Silnú interakciu uskutočňuje gluón a elektromagnetickú interakciu fotón. Gravitón je teoreticky nositeľom gravitácie, ale nebol nájdený.
W a Z bozóny
Slabú silu nesú W a Z bozóny.Tieto častice predpovedali nositelia Nobelovej ceny Steven Weinberg, Sheldon Salam a Abdus Gleshow v 60. rokoch minulého storočia a v roku 1983 ich objavila Európska organizácia pre jadrový výskum CERN.
W-bozóny sú elektricky nabité a označujú sa symbolmi W+ (kladne nabitý) a W- (záporne nabité).W-bozón mení zloženie častíc. Vyžarovaním elektricky nabitého bozónu W mení slabá sila druh kvarku a mení protón na neutrón alebo naopak. To spôsobuje jadrovú fúziu a spôsobuje horenie hviezd.
Táto reakcia vytvára ťažšie prvky,ktoré sú nakoniec vrhnuté do vesmíru výbuchmi supernov, aby sa stali stavebnými kameňmi pre planéty, rastliny, ľudí a všetko ostatné na Zemi.
Neutrálny prúd
Z-bozón je neutrálny a vedie slabý neutrálny prúd.Jeho interakciu s časticami je ťažké odhaliť. Experimentálne pátranie po W- a Z-bozónoch v 60. rokoch 20. storočia priviedlo vedcov k teórii, ktorá spája elektromagnetické a slabé sily do jediného „elektroslabého“. Teória však vyžadovala, aby nosné častice boli bez tiaže a vedci vedeli, že teoreticky by bozón W musel byť ťažký, aby vysvetlil svoj krátky dosah. Teoretici pripisujú hmotnosť W neviditeľnému mechanizmu nazývanému Higgsov mechanizmus, ktorý zabezpečuje existenciu Higgsovho bozónu.
V roku 2012 CERN oznámil, že vedci pomocou najväčšieho urýchľovača na svete, Veľkého hadrónového urýchľovača, pozorovali novú časticu „zodpovedajúcu Higgsovmu bozónu“.
Beta rozpad
Slabá interakcia sa prejavuje β-rozpadom -proces, pri ktorom sa protón stáva neutrónom a naopak. Vyskytuje sa vtedy, keď sa v jadre s príliš veľkým počtom neutrónov alebo protónov jeden z nich premení na iný.
Beta rozpad môže nastať jedným z dvoch spôsobov:
- V mínuse beta rozpad, niekedy písaný ako β− rozpad, neutrón sa rozdelí na protón, antineutríno a elektrón.
- Slabá interakcia sa prejavuje pri rozpade atómových jadier, niekedy písaných ako β+- rozpad, keď sa protón rozdelí na neutrón, neutríno a pozitrón.
Jeden z prvkov sa môže zmeniť na iný,keď sa jeden z jeho neutrónov spontánne stane protónom prostredníctvom mínus beta rozpadu alebo keď sa jeden z jeho protónov spontánne stane neutrónom prostredníctvom β+- rozpad.
Dvojitý beta rozpad nastáva, keď sú 2protóny sa súčasne transformujú na 2 neutróny alebo naopak, čo vedie k emisii 2 elektrón-antineutrín a 2 beta častíc. Pri hypotetickom bezneutrínovom dvojitom beta rozpade nevznikajú žiadne neutrína.
Elektronické snímanie
Protón sa môže zmeniť na neutrónproces nazývaný elektrónový záchyt alebo K-záchyt. Keď je v jadre nadbytočný počet protónov v porovnaní s počtom neutrónov, zdá sa, že elektrón z vnútorného elektrónového obalu spravidla spadne do jadra. Orbitálny elektrón je zachytený materským jadrom, ktorého produktmi sú dcérske jadro a neutríno. Atómové číslo výsledného dcérskeho jadra sa zníži o 1, ale celkový počet protónov a neutrónov zostáva rovnaký.
Termonukleárna reakcia
Slabá sila sa podieľa na jadrovej fúzii, reakcii, ktorá poháňa slnko a termonukleárne (vodíkové) bomby.
Prvým krokom vo vodíkovej fúzii je zrážka dvoch protónov s dostatočnou silou na prekonanie vzájomného odpudzovania, ktoré zažívajú v dôsledku ich elektromagnetickej interakcie.
Ak sú obe častice umiestnené blízko seba, silná sila ich môže spojiť. To vytvára nestabilnú formu hélia (2He), ktorý má jadro s dvoma protónmi, na rozdiel od stabilnej formy (4Nie), ktorý má dva neutróny a dva protóny.
V ďalšej fáze prichádza do hry slabá interakcia. V dôsledku nadmerného množstva protónov jeden z nich podlieha beta rozpadu. Potom ďalšie reakcie vrátane medziproduktu a fúzie 3Netvorte v konečnom dôsledku stajňu 4nie.
