القوى الأساسية: قوة نووية ضعيفة

La قوة نووية ضعيفة إنها إحدى القوى الأساسية الأربعة للفيزياء التي من خلالها تتفاعل الجسيمات مع بعضها البعض ، جنبًا إلى جنب مع القوة القوية والجاذبية والكهرومغناطيسية ، هذه القوة النووية الضعيفة لديها شدة أضعف بكثير. تعرف على المزيد حول هذا الموضوع المثير للاهتمام هنا!

القوة النووية الضعيفة

القوة الضعيفة هي واحدة من الأربعة القوى الأساسية للطبيعة التي تحكم كل مادة في الكون ، الثلاثة الأخرى هي الجاذبية ، والكهرومغناطيسية ، والقوة الشديدة ، بينما القوى الأخرى تربط الأشياء معًا ، تلعب القوة الضعيفة دورًا أكبر في تفكك الأشياء أو تفككها.

القوة الضعيفة ، أو التفاعل الضعيف ، أقوى بكثير من الجاذبية ، ولكنها آمنة فقط لمسافات قصيرة جدًا ، وتعمل على المستوى دون الذري ، وتلعب دورًا حاسمًا في رعاية النجوم وتكوين العناصر ، فضلاً عن كونها مسؤولة عن الكثير من الإشعاع الطبيعي الموجود في الكون.

فكر الفيزيائي الإيطالي إنريكو فيرمي في فرضية في عام 1933 لإظهار اضمحلال بيتا ، وهي العملية التي يتحول من خلالها النيوترون في النواة إلى بروتون ويطلق إلكترونًا ، غالبًا ما يسمى جسيم بيتا في هذا السياق.

حدد نوعًا جديدًا من القوة ، يسمى التفاعل الضعيف ، والذي كان مسؤولاً عن الانحلال وكانت عمليته الأساسية تحويل النيوترون إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو ، والتي تم تحديدها لاحقًا على أنها مضاد للنيوترينو كتب جوليو مالتيز ، المؤرخ الإيطالي للفيزياء ، في جسيمات الإنسان.

وفقًا للمالطيين ، صرح فيرمي في البداية أن هذا يشير إلى ما يشبه مسافة صفرية أو قوة يجب أن يكون الجسيمان على اتصال بها حتى تستمر القوة ، ومنذ ذلك الحين تم التأكيد على أن القوة الضعيفة هي قوة جذب تعمل في نطاق قصير نسبيًا لا يقل عن 0.1٪ من قطر البروتون.

خصائص

La قوة نووية ضعيفة لها سلسلة من الخصائص نذكرها أدناه ، القوة الضعيفة تختلف عن القوى الأخرى:

أنواع التفاعلات

هناك نوعان من التفاعلات الضعيفة تسمى الرؤوس ، النوع الأول يسمى "تفاعل التيار المشحون" لأنه يتوسطه جسيمات تحمل شحنة كهربائية ، فهو مسؤول عن ظاهرة اضمحلال بيتا.

النوع الثاني يسمى "تفاعل التيار المحايد" لأنه يتوسطه جسيم محايد ، وهو مسؤول عن انحراف النيوترينوات ، ويتبع نوعا التفاعل قواعد اختيار مختلفة.

التفاعل الحالي المشحون

في نوع التفاعل الحالي المشحون ، يمكن أن يمتص اللبتون المشحون (مثل الإلكترون أو الميون ، الذي له شحنة -1) بوزون W + ، مما يعني أن الجسيم المشحون بشحنة +1 ومن هذا الوضع يصبح متطابقًا نيوترينو بشحنة 0 حيث يكون نوع النيوترينو ، أي الإلكترون أو الميون أو تاو هو نفسه نوع ليبتون في التفاعل.

وبالمثل ، نوع من الكواركات السفلية بتهمة - ¹ / ₃  يمكن تحويلها إلى كوارك من النوع العلوي بتكلفة + ² / ₃ ) ، بإصدار W^-  بوزون أو امتصاص دبليو⁺   بتعبير أدق ، يصبح الكوارك من النوع السفلي تراكبًا كميًا لكواركات من النوع العلوي: أي أن لديه فرصة لأن يصبح واحدًا من الكواركات الثلاثة العلوية ، مع الاحتمالات الواردة في جداول المصفوفة.

في المقابل ، يمكن لكوارك المنبع أن ينبعث W⁺
بوزون ، أو امتصاص دبليو^- بوزون ، وبالتالي يصبح كوارك من النوع السفلي.

بوزون W غير مستقر ، لذلك سوف يتحلل بسرعة ، مع عمر قصير جدًا ، يمكن أن يحدث اضمحلال بوزون W إلى منتجات أخرى ، مع احتمالات مختلفة.

في ما يسمى بتحلل بيتا للنيوترون ، يعبر كوارك سفلي داخل النيوترون عن حرف W ضمني.^- البوزون وبالتالي يتحول إلى كوارك علوي ، محولا النيوترون إلى بروتون.

بسبب الطاقة المتضمنة في العملية ، أي الفرق في الكتلة بين الكوارك السفلي والكوارك العلوي ، W^- يمكن أن يصبح البوزون فقط إلكترونًا وإلكترونًا مضاد نيترينو.

التفاعل الحالي المحايد

في تفاعلات التيار المحايد ، يصدر كوارك أو ليبتون (على سبيل المثال ، إلكترون أو ميون) أو يمتص بوزون Z متعادل ، مثل W^± البوزونات ، والبوزون يتحلل أيضًا بسرعة.

على عكس تفاعل التيار المشحون ، الذي تكون قواعد اختياره مقيدة بشكل صارم بالتردد التناسلي ، أو الشحنة الكهربائية ، أو تماثل الدوران الضعيف ، فإن التيار المحايد Z⁰ يمكن أن يتسبب التفاعل في انحراف فرميونين في النموذج القياسي: الجسيمات والجسيمات المضادة لأي شحنة كهربائية ، والشرعية اليسرى واليمنى ، على الرغم من اختلاف قوة التفاعل.

انتهاك التناظر

كسر التناظر هو ظاهرة تحدث فيها انتفاضات صغيرة على نظام يمر عبر نقطة حرجة تستنتج مصير النظام من خلال تحديد الفروع التي يتم أخذها ، بالنسبة لمساعد خارجي ، غير مدرك للاضطرابات ، سيظهر الاختيار بشكل غير عادل.

تسمى هذه العملية بانتهاك التناظر ، لأن مثل هذه التحولات عمومًا تنقل النظام من حالة متماثلة ولكنها مضطربة في ظل حالة محددة أو أكثر ، يُعتقد أن الاضطرابات في التناظر تلعب دورًا مهمًا في الأنماط.

مع كسر التناظر المباشر ، تكون المعادلات الحالية للنظام ثابتة ، لكن النظام لا يرجع إلى أن أساس النظام ليس ثابتًا ، يتم تحديد معلمات كسر التناظر باستخدام معلمة الترتيب ، وهي حالة خاصة لهذا النوع من انحلال التناظر كسر التناظر الديناميكي.

يمكن أن يغطي فشل التناظر أيًا من السيناريوهات التالية:

• انتهاك التناظر الدقيق الكامن وراء قوانين الفيزياء من خلال التكوين العشوائي لبعض الهياكل.
• حالة في الفيزياء يكون فيها الحد الأدنى من الطاقة أقل تناسقًا من النظام نفسه.
• الحالات التي لا تعكس فيها الحالة الحقيقية للنظام التناظرات الأساسية للديناميكيات ، نظرًا لأن الحالة المتناظرة بوضوح غير مستقرة ويتم تحقيق الاستقرار بسبب عدم التناسق المحلي.
• الحالات التي يمكن أن يكون فيها لمعادلة النظرية تماثلات معينة ، لكن حلولها ليست كذلك ، لأن التماثلات "مخفية".

إحدى أولى حالات التماثل المكسور التي نوقشت في الأدبيات الفيزيائية تتعلق بالشكل الذي اتخذه جسم دوار موحد لسائل غير قابل للضغط في توازن الجاذبية والهيدروستاتيكي.

اتفق كل من جاكوبي وليوفيل في عام 1834 على أن الشكل الإهليلجي ثلاثي المحاور يمثل حلًا متوازنًا لهذه المشكلة ، عندما تتجاوز الطاقة الحركية مقارنةً بطاقة الجاذبية لجسم دوار قيمة حرجة معينة.

يتم كسر التناظر المحوري الذي تمثله الأجسام الشبه الكروية عند نقطة التفرع هذه ، علاوة على ذلك ، فوق نقطة التفرع هذه وللحصول على زخم زاوي ثابت ، فإن الحلول التي تقلل الطاقة الحركية هي أجسام إهليلجية جاكوبي غير متناظرة محوريًا بدلاً من الأجسام الشبه الكروية لماكلورين.

النوى الذرية ، على سبيل المثال ، تتكون من البروتونات والنيوترونات ، ونحن نعلم أيضًا أن جميع الجسيمات دون الذرية ليست كائنات غير قابلة للتغيير ، ولكنها بالأحرى قادرة على تحويل بعضها البعض ، نتيجة للتفاعلات النووية الضعيفة.

على سبيل المثال ، يمكن للنيوترون ، الذي لا يحتوي على شحنة كهربائية ، أن يتحلل إلى بروتون وإلكترون لهما شحنة متساوية ومتقابلة ، بالإضافة إلى جسيم جديد من صفر شحنة ، ومضاد نيوترينو ، وبالمثل ، يمكن أن يتحلل مضاد النيوترون إلى بروتون مضاد ، وهو بوزيترون ونيوترينو.

نظرية أو نموذج الكهروضعيف

تعمل القوة الضعيفة فقط عبر مسافات أصغر من النواة الذرية ، بينما يمكن للقوة الكهرومغناطيسية أن تمتد لمسافات كبيرة ، كما يظهر في ضوء نجوم التي تصل إلى مجرات بأكملها ، تتلاشى فقط مع مربع المسافة.

علاوة على ذلك ، فإن مقارنة قوة التفاعلات الأساسية بين بروتونين ، على سبيل المثال ، تكشف أن القوة الضعيفة أضعف بحوالي 10 ملايين مرة من القوة الكهرومغناطيسية ، ومع ذلك فإن أحد الاكتشافات الرئيسية في القرن العشرين هو أن هاتين القوتين هما: جوانب مختلفة لقوة تسرب كهربائية واحدة أكثر أساسية.

نشأت النظرية الكهروضعيفة بشكل أساسي من محاولات إنتاج نظرية قياس متسقة ذاتيًا للقوة الضعيفة ، على غرار الديناميكا الكهربية الكمومية ، النظرية الحديثة الناجحة للقوة الكهرومغناطيسية التي تطورت خلال الأربعينيات.

هناك نوعان من المتطلبات الأساسية لنظرية قياس القوة الضعيفة ، أولاً ، يجب أن تظهر تناظرًا رياضيًا أساسيًا ، يسمى مقياس الثبات ، بحيث تكون تأثيرات القوة هي نفسها في نقاط مختلفة في المكان والزمان. ثانيًا ، يجب أن تكون النظرية قابلة لإعادة التنظيم ، أي ألا تحتوي على كميات غير محدودة غير مادية.

أمثلة يومية للتغيرات النووية

المثال الأكثر وضوحًا على القوة النووية الضعيفة هو ارتباط البروتونات ، وهي بطبيعتها مثيرة للاشمئزاز بسبب شحنتها الإيجابية. وعلى نطاق أوسع ، هذه القوة مسؤولة عن القوة التدميرية الهائلة للأسلحة النووية ، وإطلاق الطاقة عند تفجيرها. السلاح النووي يرجع إلى قوى نووية قوية.

من المهم أن نلاحظ أنه بنفس الطريقة التي يتم استخدامها في نباتات الطاقة النووية لتوليد الحرارة ، وهذا من أجل تكوين الطاقة ، مثل الكهرباء ، قوة نووية ضعيفة إنه قادر على تحويل النيوترون إلى بروتون والبروتون إلى نيوترون ، وتنشأ هذه القوى من العديد من المقاومة ، مثل الاضمحلال الإشعاعي ، وحرق الشمس ، وتأريخ الكربون المشع ، وما إلى ذلك.

• يوفر تفاعل الانشطار في محطة للطاقة النووية طاقة كافية لتشغيل المدن الكبيرة.
• يزود تفاعل الاندماج في الشمس كوكبنا بكل الطاقة التي يحتاجها للكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة.
• يوفر التفاعل الانشطاري الجامح القوة التدميرية للقنبلة النووية.