La Schwache Kernkraft Es ist eine der vier Grundkräfte der Physik, durch die Teilchen miteinander interagieren, zusammen mit einer starken Kraft, Schwerkraft und Elektromagnetismus, diese schwache Kernkraft hat eine viel schwächere Intensität. Erfahren Sie hier mehr zu diesem interessanten Thema!
Die schwache Kernkraft
Die schwache Kraft ist eine der vier Grundlegende Kräfte der Natur die alle Materie im Universum beherrschen, die anderen drei sind Schwerkraft, Elektromagnetismus und die starke Kraft, während die anderen Kräfte die Dinge zusammenhalten, spielt die schwache Kraft eine größere Rolle beim Auseinanderfallen oder Auseinanderfallen von Dingen.
Die schwache Kraft oder schwache Wechselwirkung ist viel stärker als die Schwerkraft, aber nur für sehr kurze Entfernungen sicher, wirkt auf subatomarer Ebene und spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Sternen und der Schaffung von Elementen und ist für einen Großteil der natürliche Strahlung im Universum.
Der italienische Physiker Enrico Fermi dachte 1933 über eine Hypothese nach, um den Beta-Zerfall zu manifestieren, bei dem sich ein Neutron in einem Kern in ein Proton verwandelt und ein Elektron ausstößt, das in diesem Zusammenhang oft als Beta-Teilchen bezeichnet wird.
Er definierte eine neue Art von Kraft, die sogenannte schwache Wechselwirkung, die für den Zerfall verantwortlich war und deren grundlegender Prozess darin bestand, ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Neutrino umzuwandeln, das später als Antineutrino bestimmt wurde , schrieb Giulio Maltese, ein italienischer Historiker der Physik, in Partikeln des Menschen.
Laut Maltese erklärte Fermi zunächst, dass dies eine Distanz oder Kraft von Null impliziere, bei der die beiden Teilchen in Kontakt sein müssten, damit die Kraft fortbesteht, seitdem wurde bestätigt, dass die schwache Kraft eine anziehende Kraft ist, die wirkt in einem ziemlich kurzen Bereich von mindestens 0.1 Prozent des Durchmessers eines Protons.
Ortschaften
La Schwache Kernkraft Sie hat eine Reihe von Eigenschaften, die wir unten erwähnen, die schwache Kraft unterscheidet sich von den anderen Kräften:
- Sie ist die einzige Kraft, die die Paritätssymmetrie (P) verletzt.
- Es ist die einzige Kraft, die die Symmetrie der Ladungsparität (CP) verletzt.
- Es ist die einzige Wechselwirkung, die eine Art von Quark in eine andere oder ihren Geschmack ändern kann.
- Die schwache Kraft wird von Trägerpartikeln mit erheblichen Massen (etwa 90 GeV/c) übertragen.
Die Schlüsselquantenzahl für spröde wechselwirkende Teilchen ist eine physikalische Eigenschaft, die als schwacher Isospin bekannt ist und der Rolle ähnelt, die die elektrische Zentrifuge bei der elektromagnetischen Kraft und die Farbladung bei der starken Kraft spielt.
Dies ist eine Größe, die gespeichert wird, aus diesem Grund hat jede schwache Wechselwirkung eine Summe des gesamten Isospins sowohl am Ende der Wechselwirkung als auch am Beginn der Wechselwirkung.
Die folgenden Teilchen haben einen schwachen Isospin von + 1 / 2:
- elektronisches Neutrino
- Myon Neutrino
- Tau-Neutrino
- Steh auf
- Quark-Charme
- Top-Quark
Die folgenden Teilchen haben einen schwachen Isospin von – 1 / 2:
- Electron
- Myon
- Tau
- Quark runter
- Seltsamer Quark
- Quark-Hintergrund
Die Z- und W-Bosonen sind viel massiver als die anderen Meterbosonen, die die anderen Kräfte vermitteln, die Teilchen sind so massiv, dass sie in den meisten Fällen sehr schnell zerfallen.
Die schwache Kraft wurde zusammen mit der elektromagnetischen Kraft als eine einzelne Grundkraft der Elektrodepression in Beziehung gesetzt, die bei hoher Energie deklariert wird, wie sie beispielsweise in Teilchenbeschleunigern zu finden ist.
Diese vereinheitlichende Arbeit wurde 1979 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet, und nachfolgende Arbeiten, die zeigen sollten, dass die mathematischen Grundlagen der elektroschwachen Kraft renormierbar sind, wurden 1999 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.
Arten von Interaktionen
Es gibt zwei Arten schwacher Wechselwirkungen, die als Vertices bezeichnet werden. Die erste Art wird als "Wechselwirkung mit geladenem Strom" bezeichnet, da sie durch Teilchen vermittelt wird, die eine elektrische Ladung tragen, und für das Phänomen des Beta-Zerfalls verantwortlich ist.
Die zweite Art wird "Neutralstrom-Wechselwirkung" genannt, weil sie durch ein neutrales Teilchen vermittelt wird, sie für die Ablenkung von Neutrinos verantwortlich ist, die beiden Wechselwirkungsarten folgen unterschiedlichen Auswahlregeln.
Interaktion mit geladenem Strom
Bei einer Wechselwirkung mit geladenem Strom kann ein geladenes Lepton (z. B. ein Elektron oder ein Myon, das eine Ladung von -1 hat) ein W+-Boson absorbieren, was ein Teilchen mit einer Ladung von +1 bedeutet, und aus diesem Modus ein entsprechendes werden Neutrino mit einer Ladung von 0, wobei die Art des Neutrinos, dh Elektron, Myon oder Tau, dieselbe ist wie die Art des Leptons in der Wechselwirkung.
Ebenso eine Art Down-Quark mit einer Ladung von – 1 / 3 kann in ein Up-Typ-Quark mit einer Ladung von + umgewandelt werden 2 / 3 ), indem er ein W ausgibt- Boson oder Absorption eines W+ Boson Genauer gesagt wird das Down-Quark zu einer Quantenüberlagerung von Up-Quarks, dh es hat die Chance, mit den in den Matrixtabellen angegebenen Wahrscheinlichkeiten eines der drei Up-Quarks zu werden.
Im Gegensatz dazu kann ein Upstream-Quark ein W aussenden+
Boson oder absorbieren ein W- Boson und wird so zu einem Quark vom Down-Typ.
Das W-Boson ist instabil, daher zerfällt es schnell, bei sehr kurzer Lebensdauer kann der Zerfall eines W-Bosons zu anderen Produkten mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten erfolgen.
Beim sogenannten Beta-Zerfall eines Neutrons drückt ein Down-Quark im Inneren des Neutrons ein implizites W aus- Boson und wandelt sich daher in ein Up-Quark um, wodurch das Neutron in ein Proton umgewandelt wird.
Aufgrund der dabei involvierten Energie, also des Massenunterschieds zwischen dem Down-Quark und dem Up-Quark, wird das W- das Boson kann nur ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino werden.
Neutrale Stromwechselwirkung
Bei neutralen Stromwechselwirkungen emittiert oder absorbiert ein Quark oder Lepton (z. B. ein Elektron oder ein Myon) ein neutrales Z-Boson wie das W± Bosonen zerfällt das Boson ebenfalls schnell.
Im Gegensatz zur geladenen Stromwechselwirkung, deren Auswahlregeln streng durch Chiralität, elektrische Ladung oder schwachen Isospin begrenzt sind, ist der neutrale Strom Z0 Die Wechselwirkung kann dazu führen, dass zwei Fermionen im Standardmodell abweichen: Teilchen und Antiteilchen beliebiger elektrischer Ladung sowie linke und rechte Chiralität, obwohl die Stärke der Wechselwirkung unterschiedlich ist.
Symmetrieverletzung
Symmetriebruch ist ein Phänomen, bei dem kleine Umwälzungen, die in einem System ablaufen, das einen kritischen Punkt passiert, das Schicksal des Systems abschließen, indem festgelegt wird, welche Zweige genommen werden, für einen externen Assistenten, der sich der Umwälzungen nicht bewusst ist, wird die Wahl ungerecht.
Dieser Vorgang wird als Symmetrieverletzung bezeichnet, da solche Übergänge das System im Allgemeinen unter einer oder mehreren bestimmten Bedingungen aus einem symmetrischen, aber ungeordneten Zustand überführen. Es wird angenommen, dass Symmetriestörungen eine wichtige Rolle in den Mustern spielen.
Bei direkter Symmetriebrechung sind die aktuellen Gleichungen des Systems stationär, das System ist aber aufgrund der Basis des Systems nicht invariant, eine solche Symmetriebrechung wird über den Ordnungsparameter parametrisiert, ein Spezialfall dieser Art der Symmetrieauflösung Dynamische Symmetriebrechung.
Ein Symmetriefehler kann eines der folgenden Szenarien abdecken:
- Verletzung der exakten Symmetrie, die den Gesetzen der Physik zugrunde liegt, durch die zufällige Bildung einer Struktur.
- Eine Situation in der Physik, in der der minimale Energiezustand weniger Symmetrie hat als das System selbst.
- Situationen, in denen der reale Zustand des Systems nicht die Grundsymmetrien der Dynamik widerspiegelt, da der eindeutig symmetrische Zustand instabil ist und die Stabilität durch lokale Asymmetrie erreicht wird.
- Situationen, in denen die Gleichung einer Theorie gewisse Symmetrien haben kann, ihre Lösungen aber nicht, weil die Symmetrien "versteckt" sind.
Einer der ersten Fälle von gebrochener Symmetrie, der in der physikalischen Literatur diskutiert wird, betrifft die Form, die ein gleichmäßig rotierender Körper einer inkompressiblen Flüssigkeit im Gravitations- und hydrostatischen Gleichgewicht annimmt.
Sowohl Jacobi als auch Liouville waren sich 1834 einig, dass ein dreiachsiger Ellipsoid eine Gleichgewichtslösung für dieses Problem darstellt, wenn die kinetische Energie im Vergleich zur Gravitationsenergie eines rotierenden Körpers einen bestimmten kritischen Wert überschreitet.
Die durch die Sphäroide repräsentierte Axialsymmetrie wird an diesem Verzweigungspunkt gebrochen, außerdem sind oberhalb dieses Verzweigungspunktes und für konstanten Drehimpuls die Lösungen, die die kinetische Energie minimieren, axial nichtsymmetrische Jacobi-Ellipsoide anstelle von Sphäroiden von Maclaurin.
Atomkerne zum Beispiel bestehen aus Protonen und Neutronen, und wir wissen auch, dass alle subatomaren Teilchen keine unveränderlichen Objekte sind, sondern sich im Wesentlichen aufgrund schwacher nuklearer Wechselwirkungen gegenseitig umwandeln.
Zum Beispiel kann das Neutron, das keine elektrische Ladung hat, in ein Proton und ein Elektron mit gleichen und entgegengesetzten Ladungen zerfallen, plus ein neues Teilchen mit Nullladung, ein Antineutrino, und ähnlich kann das Antineutron in ein Antiproton, ein Positron, zerfallen und ein Neutrino.
Elektroschwache Theorie oder Modell
Die schwache Kraft wirkt nur über Entfernungen, die kleiner als der Atomkern sind, während die elektromagnetische Kraft sich über große Entfernungen erstrecken kann, wie im Lichte von gesehen Sterne die ganze Galaxien erreichen und nur mit dem Quadrat der Entfernung verblassen.
Darüber hinaus zeigt beispielsweise ein Vergleich der Stärke der fundamentalen Wechselwirkungen zwischen zwei Protonen, dass die schwache Kraft etwa 10 Millionen Mal schwächer ist als die elektromagnetische Kraft, doch eine der wichtigsten Entdeckungen des XNUMX. Jahrhunderts war, dass diese beiden Kräfte es sind verschiedene Facetten einer einzigen, grundlegenderen elektrischen Leckkraft.
Die elektroschwache Theorie entstand in erster Linie aus Versuchen, eine in sich widerspruchsfreie Eichtheorie der schwachen Kraft zu erstellen, in Analogie zur Quantenelektrodynamik, der erfolgreichen modernen Theorie der elektromagnetischen Kraft, die in den 1940er Jahren entwickelt wurde.
Es gibt zwei grundlegende Anforderungen an die Eichtheorie der schwachen Kraft: Erstens muss sie eine zugrunde liegende mathematische Symmetrie aufweisen, die Eichinvarianz genannt wird, so dass die Wirkungen der Kraft an verschiedenen Punkten in Raum und Zeit gleich sind. Zweitens sollte die Theorie renormierbar sein, das heißt, sie sollte keine nichtphysikalischen unendlichen Größen enthalten.
Alltägliche Beispiele nuklearer Veränderungen
Das offensichtlichste Beispiel für die schwache Kernkraft ist die Bindung von Protonen, die aufgrund ihrer positiven Ladung abstoßend wirken und in größerem Maßstab für die immense Zerstörungskraft von Atomwaffen, die Freisetzung von Energie bei der Detonation, verantwortlich sind . eine Atomwaffe ist auf starke nukleare Kräfte zurückzuführen.
Es ist wichtig anzumerken, dass sie in der gleichen Weise in nuklearen Energievegetationen verwendet werden, um Wärme zu erzeugen, um Energie, wie Strom, zu bilden, a Schwache Kernkraft Es schafft es, ein Neutron in ein Proton und ein Proton in ein Neutron umzuwandeln, diese Kräfte stammen von vielen Widerständen, wie radioaktivem Zerfall, Sonnenbrand, Radiokohlenstoffdatierung usw.
- Eine Kernspaltungsreaktion in einem Kernkraftwerk liefert genug Energie, um große Städte mit Strom zu versorgen.
- Die Fusionsreaktion in der Sonne versorgt unseren Planeten mit der gesamten Energie, die lebende Organismen zum Überleben benötigen.
- Eine außer Kontrolle geratene Spaltreaktion liefert die zerstörerische Kraft einer Atombombe.