Koja je slaba interakcija u fizici?

Slaba interakcija je jedna od četiri temeljne sile koje upravljaju svim pitanjima u svemiru. Ostala tri su gravitacija, elektromagnetizam i jaka interakcija. Dok druge snage drže stvari zajedno, slaba snaga igra veliku ulogu u njihovom uništenju.

Slaba interakcija je jača od gravitacije, ali je učinkovita samo na vrlo malim udaljenostima. Sila djeluje na subatomskoj razini i igra ključnu ulogu u pružanju energije zvijezda i stvaranju elemenata. Također je odgovoran za većinu prirodnog zračenja u svemiru.

Teorija Fermi

Talijanski fizičar Enrico Fermi u 1933, je razvio teoriju da objasni beta raspad - proces pretvorbe jednog neutrona u proton i pomaka elektrona, često se naziva u ovom kontekstu, beta čestice. On definira novu vrstu energije, takozvana slaba interakcija, koji je bio odgovoran za propast, temeljni proces transformacije neutrona u proton, elektron i neutrino, koji je kasnije identificiran kao antineutrinos.

Fermi je izvorno pretpostavljao da postoji nula udaljenosti i hvat. Dvije čestice morale su doći u kontakt, tako da je sila radila. Od tada se ispostavilo da je zapravo slaba interakcija snagu privlačnosti, koja se manifestira na izuzetno kratkom razmaku od 0,1% promjera protona.

Snaga elektroslagera

U radioaktivno raspadanje Slaba snaga je približno 100.000 puta manja od elektromagnetskog. Međutim, sada je poznato da je interno jednako elektromagnetskom, i vjeruje se da ta dva, jasno različita pojava predstavljaju manifestacije jedne jedine električne snage. To potvrđuje i činjenica da se kombiniraju na energijama iznad 100 GeV.

Ponekad se kaže da se slaba interakcija manifestira u propadanju molekula. Međutim, intermolekularne sile imaju elektrostatsku prirodu. Otkrili su ga Van der Waals i nose njegovo ime.

Standardni model

Slaba interakcija u fizici dio je standardnog modela - teorije elementarnih čestica, koja opisuje temeljnu strukturu materije, koristeći skup elegantnih jednadžbi. Prema ovom modelu elementarne čestice, tj. Ono što se ne može podijeliti na manje dijelove, su građevni blokovi svemira.

Jedna takva čestica je kvark. Znanstvenici ne očekuju postojanje nešto manje, ali još uvijek traže. Postoji šest vrsta, ili vrste kvarkova. Stavljamo ih u red povećane mase:

• gornji;
• niže;
• zemlja;
• očarala;
• lijep;
• istina.

U različitim kombinacijama, one čine različite vrste subatomskih čestica. Na primjer, protoni i neutroni - velike čestice atomske jezgre - sastoje se od tri kvarka svaki. Dva gornja i donja su proton. Gornji i donji dio čine neutron. Promjena stupnja kvarkova može promijeniti proton u neutronsku stranu, pretvarajući tako jedan element u drugi.

Druga vrsta elementarnih čestica je bozon. Te čestice su nositelji interakcije, koji se sastoje od energetskih zraka. Fotoni su jedna vrsta bozona, gluoni su drugi. Svaka od tih četiri sila rezultat je dijeljenja vektora interakcije. Čvrstu interakciju provodi gluon, a elektromagnetska interakcija fotonom. Graviton je teorijski nosilac gravitacije, ali nije pronađen.

W i Z bosona

W i Z boson prenosi slabu interakciju. Te čestice su predvidjeli dobitnika Nobelove nagrade Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam i 60-ih godina prošlog stoljeća, a pronašao ih je 1983. na Europskom organizacijom za nuklearna istraživanja CERN-u.

W-bozoni su električki napunjeni i označeni su simbolima W⁺ (pozitivno naplaćeno) i W^- (negativno naplaćeno). W-boson mijenja sastav čestica. Emitiranjem električno nabijenog W-bozona, slaba snaga mijenja tip kvarkova, pretvarajući proton u neutron ili obrnuto. To je ono što uzrokuje nuklearna fuzija i čini zvijezde izgorjeti.

Ova reakcija stvara teže elemente koji u eksplozijama supernove konačno bacaju u svemir kako bi postali građevni materijal za planete, biljke, ljude i sve ostalo na Zemlji.

Neutralna struja

Z-boson je neutralan i nosi slabu neutralnu struju. Njegova interakcija s česticama je teško otkriti. Eksperimentalna pretraga za W i Z bozonima šezdesetih godina prošlog stoljeća dovela je znanstvenike na teoriju koja je kombinirala elektromagnetnu i slabu silu u jedan elektroslag. Međutim, teorija je zahtijevala da čestice nosača budu bez težine, a znanstvenici su znali da teorijski W-bozon treba biti teški da objasni svoj kratki raspon. Teoretičari su pripisali masu W na nevidljivi mehanizam zvan Higgsov mehanizam, koji osigurava postojanje Higgsovog bozona.

U 2012. godini, CERN je objavio da znanstvenici koriste najveći svjetski akcelerator - Large Hadron Collider - primijetio novu česticu „rekao je Higgsov bozon je potrebno.”

Beta propadanje

Slaba se interakcija manifestira kada beta propadanje, proces u kojem se protonski pretvara u neutron i obrnuto. To se događa kada u jezgri s previše neutrona ili protona, jedan od njih se pretvara u drugu.

Beta propadanje može se provesti na jedan od dva načina:

1. Uz minus-beta propadanje, ponekad zapisano kao beta^minus- -propadanje, neutron se dijeli u proton, antineutrini i elektron.
2. Slaba interakcija očituje se u propadanju atomske jezgre, ponekad zapisane kao beta⁺-propadanje, kada se proton dijeli u neutrona, neutrina i pozitron.

Jedan od elemenata može pretvoriti u drugi, kada je jedan od njegovih neutrona spontano transformiran u protona pomoću negativnog beta propadanja ili kada jedan od njegovih protona na neutrona spontano transformiran preko beta⁺-propadanja.

Dvostruko propadanje beta nastaje kada se dva protona u jezgri istovremeno transformiraju u 2 neutrona ili obratno, zbog čega se emitiraju 2 elektronska antineutrina i 2 beta čestica. U hipotetičkoj neutriničnoj dvostrukoj beta-propadanju, neutrinovi se ne formiraju.

Elektronsko snimanje

Proton se može pretvoriti u neutron kroz proces zvane elektronsko snimanje ili K-snimanje. Kada postoji preveliki broj protona u jezgri s obzirom na broj neutrona, elektron, u pravilu, pada s unutarnje ljuske elektrona u jezgru. Elektronski orbital zarobljen je majčinskom jezgrom čiji su proizvodi kćerna jezgra i neutrino. Atomskog broja dobivene jezgre kćeri smanjuje se za 1, ali ukupan broj protona i neutrona ostaje isti.

Termonuklearna reakcija

Slaba interakcija sudjeluje u nuklearnoj fuži - reakcija koja energizira sunce i termonuklearni (vodik) bomba.

Prva faza u spajanju vodika je sudar dviju protona s dovoljnom silom za prevladavanje uzajamnog odbijanja koje doživljavaju zbog njihove elektromagnetske interakcije.

Ako se obje čestice nalaze jedna blizu druge, snažna interakcija može ih vezati. To stvara nestabilni oblik helija (²On), koji ima jezgru s dva protona, za razliku od stabilnog oblika (⁴On), koji ima dva neutrona i dva protona.

U sljedećoj fazi, slaba interakcija ulazi u igru. Zbog pretjeranog protona jedna od njih prolazi kroz beta-propadanje. Nakon toga, druge reakcije, uključujući formiranje intermedijera i fuziju ³Ne, dugoročno, čine stabilnu ⁴Nemojte.