Vad är den svaga växelverkan i fysik?

Den svaga växelverkan - är en av de fyra fundamentala krafter som styr all materia i universum. De andra tre - gravitation, elektromagnetism, och den starka växelverkan. Medan andra krafter håller saker tillsammans, spelar den svaga kraften en viktig roll i deras undergång.

Den svaga växelverkan är starkare gravitation, men det är effektivt endast vid mycket korta avstånd. Force verkar på subatomär nivå och spelar en avgörande roll för att säkerställa energin av stjärnorna och skapa element. Det är också ansvarig för en stor del av den naturliga strålningen i universum.

Fermi teori

Italienska fysikern Enrico Fermi i 1933, utvecklat en teori för att förklara betasönderfall - processen för omvandling av en neutron till en proton och en elektronförskjutning, ofta avses i detta sammanhang den betapartikel. Han definierade en ny typ av effekt, den så kallade svaga växelverkan, som svarat för en kollaps, den grundläggande processen för transformation av en neutron till en proton, en elektron och en neutrino, som senare identifierades som antineutrinos.

Fermi initialt anta att det fanns ett avstånd på noll och kopplingen. Två partiklar hade gränsar att tvinga fungerat. Sedan det blev klart att den svaga växelverkan faktiskt är en attraktionskraft, som yttrar sig i en extremt kort avstånd, som är lika med 0,1% av en proton diameter.

elektro kraft

Den radioaktiva sönderfallet av den svaga kraften är ca 100 000 gånger mindre än den elektromagnetiska. Emellertid är det nu känt att det är internt elektromagnetiska och dessa två helt olika fenomen tros representera en manifestation av en enda elektro kraft. Detta bekräftas av det faktum att de möts vid energier mer än 100 GeV.

Det sägs ibland att den svaga växelverkan manifesteras i avklingningen av molekyler. Men mezhmolekulrnye krafter är elektro i naturen. De upptäcktes av Van der Waals och bär hans namn.

Standardmodellen

Den svaga växelverkan i fysik är en del av standardmodellen - elementarpartikel teori, som beskriver den grundläggande strukturen av materia, med användning av en uppsättning av eleganta ekvationer. Enligt denna modell de elementära partiklarna m. E. Som inte kan delas upp i mindre delar, är byggstenarna i universum.

En sådan partikel är kvarg. Forskarna innebär inte att det finns något mindre, men de är fortfarande letar efter. Det finns 6 typer eller sorter av kvarkar. Placera dem i ordning efter ökande massa:

• övre;
• lägre;
• land;
• förtrollade;
• fina;
• sant.

I olika kombinationer, bildar de en stor variation av typer av subatomära partiklar. Till exempel, protoner och neutroner - stora partiklar atom nucleus - kvark bestå av tre vardera. Två övre och nedre innefatta proton. Övre och nedre två bildar en neutron. kvark kvalitetsändring kan förändra proton till en neutron, därigenom omvandla ett element till ett annat.

En annan typ av partikel är en boson. Dessa partiklar - vektorer interaktion, vilka består av balkar av energi. Fotoner är en typ av boson, gluoner - den andra. Var och en av dessa fyra krafter är ett resultat av utbytet interaktionen mellan transportörer. Stark växelverkan är gluon och elektromagnetisk - foton. Graviton teoretiskt är bärare av tyngdkraften, men det gick inte att hitta.

W- och Z-bosoner

Svag växelverkan förmedlas W- och Z-bosoner. Dessa partiklar förutspåtts av Nobelpristagare Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam och på 60-talet av förra seklet, och fann dem i 1983 vid Europeiska organisationen för kärnforskning CERN.

W-bosoner är elektriskt laddade och betecknas med W ⁺ (positivt laddad) och W ^- (negativt laddade). W-boson ändrar sammansättningen av partiklarna. Emitterande elektriskt laddad W-boson, ändrar kvarg svaga kraften betyget, vrida en proton till en neutron eller vice versa. Detta är vad som orsakar kärnfusion och gör stjärnor brinna.

Denna reaktion skapar tyngre element som så småningom kastas ut i rymden genom supernovaexplosioner, för att bli byggstenar i planeter, växter, människor och allt annat i världen.

jordströmmen

Z-boson är neutral och har en svag jordströmmen. Dess interaktion med partiklarna är svåra att upptäcka. Experimentella sökningar för W och Z-bosoner på 1960-talet ledde forskarna till teorin, som kombinerar den elektromagnetiska och den svaga kraften i en enda "elektro". Men teorin krävde att partiklarna-transportörer att vara tyngdlös, men forskarna har känt att W-boson teorin borde vara tung att förklara sitt kort räckvidd. Teoretiker vikt W bärs på grund osynlig mekanism som kallas Higgs mekanism som ger för existensen Higgs.

Under 2012 meddelade CERN att forskare med hjälp av världens största accelerator - Large Hadron Collider - observerade en ny partikel "Higgsbosonen är lämpligt."

betasönderfall

Svag växelverkan manifesteras i β-sönderfall - en process i vilken en proton omvandlas till en neutron och vice versa. Det inträffar när en kärna med alltför många neutroner eller protoner en av dem omvandlas till den andra.

Betasönderfall kan göras på två sätt:

1. När beta-minus förfalla, ibland skrivet som β ^- sönderfall, delbart neutron till en proton och en elektron antineutrino.
2. Svag växelverkan manifesteras genom sönderfall av atomkärnor, ibland skrivet som β ⁺ sönderfall, när protonen är uppdelad i en neutron och positron neutrino.

Ett av elementen kan vända i den andra, när en av dess neutron spontant omvandlas till en proton via den negativa betasönderfall, eller när en av dess protoner spontant omvandlas till en neutron genom β ⁺ sönderfall.

Dubbel betasönderfall inträffar när en kärna 2 samtidigt omvandlas till en proton neutron 2 eller vice versa, varigenom den emitterade elektron antineutrinos 2 2 och betapartiklar. I det hypotetiska Neutrinoless dubbel betasönderfall av neutriner bildas.

elektroninfångnings

Proton kan förvandlas till en neutron genom en process som kallas elektroninfångnings eller K-infångning. När kärnan har ett övertryck antal protoner i förhållande till det antal neutroner, elektroner, vanligtvis från insidan av elektronskal som att falla in i kärnan. Elektron orbitaler fångade moderkärnan, de produkter som dottern kärnan och neutrino. Atomnumret för dotterkärnan erhålls minskas med ett, men det totala antalet protoner och neutroner förblir detsamma.

termonukleär reaktion

Den svaga växelverkan är inblandad i kärnfusion - reaktionen, som tillför energi av solen och termo (väte) bomb.

Det första steget i en sammanslagning av väte är en kollision mellan två protoner med tillräcklig kraft för att övervinna den ömsesidiga repulsionen upplevs av dem på grund av deras elektromagnetiska växelverkan.

Om de två partiklar är anordnade nära varandra, kan en stark interaktion associera dem. Detta skapar en instabil form av helium ⁽² He), som har en kärna med två protoner, till skillnad från den stabila formen (nr ^4), som har två protoner och två neutroner.

I nästa steg kommer in i bilden svag växelverkan. På grund av överflöd av protoner och en av dem genomgår betasönderfall. Efter det, den andra reaktionen, inklusive mellanliggande bildning och fusion av ³ Han bildar så småningom en stabil ⁴ He.