Apakah interaksi yang lemah dalam fizik?

Interaksi lemah - adalah salah satu daripada empat kuasa asas yang mengawal semua perkara di alam semesta. Tiga yang lain - graviti, elektromagnetisme, dan interaksi yang kukuh. Manakala kuasa-kuasa lain memegang perkara bersama-sama, daya lemah memainkan peranan penting dalam kebinasaan mereka.

Interaksi lemah graviti lebih kuat, tetapi ia hanya berkesan pada jarak yang sangat pendek. Daya bertindak ke atas tahap subatom, dan memainkan peranan penting dalam memastikan tenaga bintang dan mewujudkan unsur-unsur. Ia juga bertanggungjawab untuk sebahagian besar sinaran semula jadi di alam semesta.

teori Fermi

ahli fizik Itali Enrico Fermi pada tahun 1933, membangunkan satu teori untuk menerangkan pereputan beta - proses penukaran sesuatu neutron menjadi proton dan anjakan elektron, sering dirujuk dalam konteks ini, zarah beta. Dia ditakrifkan jenis baru kuasa, interaksi lemah yang dipanggil, yang bertanggungjawab untuk runtuh, proses asas transformasi neutron ke dalam proton, elektron dan neutrino, yang kemudian dikenal pasti sebagai antineutrinos.

Fermi pada mulanya menganggap bahawa terdapat jarak sifar dan klac. Dua zarah telah bersebelahan untuk memaksa bekerja. Sejak ia menjadi jelas bahawa interaksi yang lemah sebenarnya adalah satu kuasa yang menarik, yang menyatakan dirinya dalam jarak yang sangat pendek, bersamaan dengan 0.1% daripada diameter proton.

daya electroweak

The pereputan radioaktif kuasa lemah adalah kira-kira 100 000 kali lebih kecil daripada elektromagnet. Walau bagaimanapun, ia kini dikenali bahawa itu adalah secara dalaman elektromagnet, dan kedua-dua fenomena yang jelas berbeza dipercayai mewakili manifestasi kuasa electroweak tunggal. Ini disahkan oleh fakta bahawa mereka datang bersama-sama pada tenaga lebih daripada 100 GeV.

Ia kadang-kadang berkata bahawa interaksi yang lemah ditunjukkan dalam pereputan molekul. Walau bagaimanapun pasukan mezhmolekulrnye adalah elektrostatik dalam alam semula jadi. Mereka ditemui oleh Van der Waals dan menanggung namanya.

Model standard

Interaksi lemah dalam fizik adalah sebahagian daripada model standard - teori zarah asas, yang menerangkan struktur dasar tersebut, dengan menggunakan satu set persamaan elegan. Menurut model ini yang zarah asas m. E. Itu tidak boleh dibahagikan kepada bahagian yang lebih kecil, adalah blok bangunan alam semesta.

Satu zarah itu quark. Ahli-ahli sains tidak menunjukkan kewujudan sesuatu yang lebih kecil, tetapi mereka masih mencari. Terdapat 6 jenis atau jenis kuark. Meletakkan mereka dalam perintah massa meningkat:

• atas;
• yang lebih rendah;
• negara;
• terpesona;
• indah;
• benar.

Dalam pelbagai kombinasi, mereka membentuk pelbagai jenis zarah subatom. Sebagai contoh, proton dan neutron - zarah besar nukleus atom - quark terdiri daripada tiga masing-masing. Dua atas dan bawah terdiri daripada proton. Atas dan bawah dua membentuk neutron. perubahan gred quark boleh mengubah proton kepada neutron, sekali gus mengubah satu unsur yang lain.

Satu lagi jenis zarah boson yang. Zarah-zarah - vektor interaksi, yang terdiri daripada rasuk tenaga. Foton adalah sejenis boson, gluon - yang lain. Setiap satu daripada empat pasukan adalah hasil daripada interaksi pertukaran antara pembawa. interaksi kuat adalah gluon dan elektromagnet - foton. Tarikan bumi secara teori adalah pembawa kuasa graviti, tetapi ia tidak ditemui.

W- dan Z-boson

interaksi lemah diselesaikan W- dan Z-boson. Zarah-zarah ini telah diramalkan oleh Nobel Laureates Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam dan dalam 60-an abad yang lalu, dan mendapati mereka pada tahun 1983 di Pertubuhan Eropah untuk Penyelidikan Nuklear CERN.

W-boson yang bercas elektrik dan ditandakan dengan W ⁺ (bercas positif) dan W ^- (bercas negatif). W-boson mengubah komposisi zarah. Mengeluarkan bercas elektrik W-boson, Kuark daya lemah perubahan gred, menukarkan proton menjadi neutron atau sebaliknya. Ini adalah apa yang menyebabkan pelakuran nuklear dan menjadikan bintang terbakar.

Tindak balas ini mewujudkan unsur-unsur yang lebih berat yang akhirnya diusir ke angkasa lepas oleh letupan supernova, untuk menjadi blok binaan planet, tumbuhan, manusia dan segala-galanya di dunia.

semasa neutral

Z-boson adalah neutral dan mempunyai arus neutral yang lemah. interaksi dengan zarah adalah sukar untuk dikesan. Cari eksperimen untuk W- dan Z-boson pada 1960-an membawa saintis untuk teori, menggabungkan elektromagnet dan tenaga yang lemah ke dalam satu "electroweak". Walau bagaimanapun, teori menuntut bahawa zarah-pembawa untuk menjadi berat, tetapi saintis telah diketahui bahawa teori W-boson perlu berat untuk menjelaskan pelbagai pendeknya. Ahli teori berat W dijalankan dalam akaun mekanisme yang tidak dapat dilihat yang dipanggil mekanisme Higgs yang memperuntukkan kewujudan Higgs.

Pada tahun 2012, CERN mengumumkan bahawa ahli-ahli sains menggunakan pemecut terbesar di dunia - Large Hadron Collider - memerhatikan zarah baru, "Higgs boson sesuai."

pereputan beta

interaksi lemah dimanifestasikan dalam β-pereputan - satu proses di mana proton yang ditukarkan kepada neutron dan sebaliknya. Ia berlaku apabila nukleus dengan terlalu banyak neutron atau proton salah seorang daripada mereka ditukar kepada yang lain.

pereputan beta boleh dilakukan dalam salah satu daripada dua cara:

1. Apabila pereputan beta-tolak, kadang-kadang ditulis sebagai β ^- pereputan, neutron berpecah kepada proton dan elektron antineutrino.
2. interaksi lemah ditunjukkan oleh pereputan nukleus atom, kadang-kadang ditulis sebagai β ⁺ pereputan, apabila proton itu berpecah kepada neutron dan positron neutrino.

Salah satu elemen yang boleh bertukar di lain-lain, apabila salah satu neutron yang secara spontan berubah menjadi proton melalui pereputan beta negatif, atau apabila satu proton yang secara spontan berubah menjadi neutron melalui β ⁺ kerosakan.

pereputan beta Double berlaku apabila teras 2 pada masa yang sama berubah menjadi proton neutron 2 atau sebaliknya, di mana yang dipancarkan elektron antineutrinos 2 2 dan beta zarah. Dalam Neutrinoless pereputan beta double andaian neutrino terbentuk.

elektron menangkap

Proton boleh bertukar menjadi neutron yang melalui proses yang dipanggil penangkapan elektron atau K-tangkap. Apabila kernel mempunyai nombor melebihi proton berhubung dengan bilangan neutron, elektron, biasanya dari bahagian dalam shell elektron seperti jatuh ke dalam nukleus. orbital elektron ditangkap nukleus ibu, produk yang nukleus anak perempuan dan neutrino. Nombor atom nukleus anak perempuan diperolehi decremented sebanyak 1, tetapi jumlah bilangan proton dan neutron tetap sama.

tindak balas termonuklear

Interaksi lemah terlibat dalam pelakuran nuklear - tindak balas yang membekalkan tenaga matahari dan termonuklear (hidrogen) bom.

Langkah pertama dalam penggabungan hidrogen ialah perlanggaran dua proton dengan tenaga yang cukup untuk mengatasi penolakan bersama dirasai oleh mereka kerana interaksi elektromagnet mereka.

Jika kedua-dua zarah disusun rapat antara satu sama lain, interaksi yang kuat boleh mengaitkan mereka. Ini mewujudkan satu bentuk tidak stabil helium ⁽² Dia), yang mempunyai teras dengan dua proton, tidak seperti bentuk yang stabil (No ^4), yang mempunyai dua proton dan dua neutron.

Pada peringkat seterusnya datang ke dalam interaksi bermain lemah. Oleh kerana hal melimpah-limpah proton salah seorang daripada mereka mengalami pereputan beta. Selepas itu, tindak balas yang lain, termasuk pembentukan pertengahan dan gabungan ³ Beliau akhirnya membentuk stabil ⁴ He.