La Gyenge nukleáris erő ez egyike a négy alapvető fizikai erőnek, amelyen keresztül a részecskék kölcsönhatásba lépnek egymással, erős erővel, gravitációval és elektromágnesességgel együtt, ennek a Gyenge Nukleáris Erőnek sokkal gyengébb az intenzitása. Tudjon meg többet erről az érdekes témáról itt!
A gyenge nukleáris erő
A gyenge erő a négy közül az egyik A természet alapvető erői amelyek az univerzumban az összes anyagot irányítják, a másik három a gravitáció, az elektromágnesesség és az erős erő, míg a többi erő összetartja a dolgokat, a gyenge erő nagyobb szerepet játszik a dolgok szétesésében vagy szétesésében.
A gyenge erő vagy a gyenge kölcsönhatás sokkal erősebb, mint a gravitáció, de csak nagyon rövid távolságokon biztonságos, szubatomi szinten hat, és döntő szerepet játszik a csillagok táplálásában és az elemek létrehozásában, valamint felelős a csillagok nagy részéért. az univerzumban jelenlévő természetes sugárzás.
Enrico Fermi olasz fizikus 1933-ban egy hipotézisre gondolt, amely a béta-bomlás megnyilvánulását célozza, vagyis azt a folyamatot, amelynek során az atommag neutronja protonná változik, és egy elektront lövell ki, amelyet ebben az összefüggésben gyakran béta-részecskének neveznek.
Meghatározott egy új típusú erőt, az úgynevezett gyenge kölcsönhatást, amely felelős a bomlásért, és amelynek alapvető folyamata a neutron protonná, elektronná és neutrínóvá történő átalakulása volt, amelyet később antineutrínónak határoztak meg. Giulio Maltese, olasz fizikatörténész írta, az ember részecskéiben.
Máltai szerint Fermi kezdetben azt állította, hogy ez azt jelenti, hogy ez nulla távolságra vagy erőre hasonlít, amellyel a két részecskének érintkeznie kell ahhoz, hogy az erő működjön, azóta bebizonyosodott, hogy a gyenge erő egy vonzó erő, amely működik. meglehetősen rövid tartományban, a proton átmérőjének legalább 0.1 százalékában.
tulajdonságok
La Gyenge nukleáris erő Egy sor tulajdonsággal rendelkezik, amelyeket alább megemlítünk, a gyenge erő eltér a többi erőtől:
- Ez az egyetlen erő, amely megsérti a paritásszimmetriát (P).
- Ez az egyetlen erő, amely megsérti a töltésparitás (CP) szimmetriáját.
- Ez az egyetlen kölcsönhatás, amely megváltoztathatja az egyik túrófajtát egy másikra vagy annak ízére.
- A gyenge erőt jelentős tömegű (kb. 90 GeV/c) hordozó részecskék terjesztik.
A rideg, kölcsönhatásba lépő részecskék kulcsfontosságú kvantumszáma egy gyenge izospin néven ismert fizikai tulajdonság, amely hasonló az elektromos centrifuga szerepéhez az elektromágneses erőben és a színtöltésnek az erős erőben.
Ez egy tárolt mennyiség, ezért minden gyenge kölcsönhatásnak megvan a teljes izospin összege a kölcsönhatás végén és a kölcsönhatás elején is.
A következő részecskék gyenge + izospinje 1 / 2:
- elektronikus neutrínó
- müonneutrínó
- tau neutrínó
- Kelj fel
- kvark báj
- felső kvark
A következő részecskék gyenge izospin-értéke: 1 / 2:
- Elektron
- müon
- Tau
- kvarc le
- furcsa kvark
- kvark háttér
A Z és W bozonok sokkal nagyobb tömegűek, mint a többi erőt közvetítő méteres bozon, a részecskék olyan tömegűek, hogy a legtöbb esetben nagyon gyorsan lebomlanak.
A gyenge erőt az elektromágneses erővel, mint az elektrodepresszió egyetlen alapvető erejével hozták összefüggésbe, amely nagy energián nyilvánul meg, például a részecskegyorsítók belsejében.
Ezt az egyesítő alkotást 1979-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták, majd 1999-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták azt a munkát, amely az elektrogyenge erő matematikai alapjainak renormalizálását célozta.
Az interakciók típusai
A gyenge kölcsönhatásnak két típusa van, amelyeket csúcsoknak nevezünk, az első típust "töltött áramú kölcsönhatásnak" nevezik, mert elektromos töltést hordozó részecskék közvetítik, ez felelős a béta-bomlás jelenségéért.
A második típust "semleges áramú kölcsönhatásnak" nevezik, mert egy semleges részecske közvetíti, ez a felelős a neutrínók eltérítéséért, a kétféle kölcsönhatás eltérő kiválasztási szabályokat követ.
Töltött aktuális interakció
Egy töltött áram típusú kölcsönhatásban egy töltött lepton (például egy elektron vagy egy müon, amelynek töltése -1) képes elnyelni egy W+ bozont, ami azt jelenti, hogy egy +1 töltésű részecske ebből a módból megfelelő lesz. 0 töltésű neutrínó, ahol a neutrínó típusa, azaz elektron, müon vagy tau megegyezik a kölcsönhatásban lévő lepton típusával.
Hasonlóképpen, egyfajta pehelykvark, amelynek töltete: 1 / 3 up típusú kvarkká alakítható, + töltéssel 2 / 3 ), egy W- bozon vagy egy W elnyelése+ Bozon Pontosabban, a down típusú kvark up típusú kvarkok kvantum-szuperpozíciójává válik: vagyis esélye van a három up típusú kvark egyikévé válni, a mátrixtáblázatokban megadott valószínűségekkel.
Ezzel szemben egy upstream kvark W-t bocsáthat ki+
bozon, vagy abszorbeál egy W-t- bozon, és így lesz down típusú kvark.
A W-bozon instabil, ezért gyorsan lebomlik, nagyon rövid élettartammal, a W-bozon más termékekké bomlása megtörténhet, eltérő valószínűséggel.
A neutron úgynevezett béta-bomlásában a neutronon belüli lefelé kvark implicit W-t fejez ki.- bozon, és ezért átalakul felfelé kvarkká, a neutront protonná alakítva.
A folyamatban részt vevő energia, vagyis a down kvark és az up kvark közötti tömegkülönbség miatt a W.- a bozonból csak elektron és elektron antineutrínó válhat.
Semleges áramú kölcsönhatás
A semleges áramú kölcsönhatások során egy kvark vagy lepton (például egy elektron vagy egy müon) semleges Z-bozont bocsát ki vagy elnyel, mint például a W.± bozonok, a bozon is gyorsan bomlik.
A töltött áramú kölcsönhatástól eltérően, amelynek kiválasztási szabályait szigorúan korlátozza a kiralitás, az elektromos töltés vagy a gyenge izospin, a Z semleges áram0 a kölcsönhatás a standard modellben két fermion eltérését okozhatja: tetszőleges elektromos töltésű részecskék és antirészecskék, valamint bal és jobb kiralitás, bár a kölcsönhatás erőssége eltérő.
szimmetria megsértése
A szimmetriatörés az a jelenség, amikor egy kritikus ponton áthaladó rendszeren lezajló kisebb felfordulások a rendszer sorsát úgy zárják le, hogy megállapítják, melyik ágat veszik fel, a külső asszisztens számára, aki nem ismeri a felfordulásokat, igazságtalanul adódik a választás.
Ezt a folyamatot szimmetria-sértésnek nevezik, mivel az ilyen átmenetek általában egy vagy több meghatározott feltétel mellett egy szimmetrikus, de rendezetlen állapotból viszik át a rendszert, a szimmetriazavarok pedig úgy gondolják, hogy fontos szerepet játszanak a mintákban.
Közvetlen szimmetriatörésnél a rendszer aktuális egyenletei stacionáriusak, de a rendszer nem abból adódik, hogy a rendszer alapja nem invariáns, az ilyen szimmetriatörést a sorrend paraméter segítségével paraméterezzük, az ilyen típusú szimmetriafeloldás speciális esete dinamikus szimmetriatörés.
A szimmetria meghibásodása a következő forgatókönyvek bármelyikére terjedhet ki:
- A fizika törvényei alapjául szolgáló pontos szimmetria megsértése valamilyen struktúra véletlenszerű kialakításával.
- Egy olyan szituáció a fizikában, amikor a minimális energiaállapotnak kisebb a szimmetriája, mint magának a rendszernek.
- Olyan helyzetek, amelyekben a rendszer valós állapota nem tükrözi a dinamika alapvető szimmetriáit, mivel az egyértelműen szimmetrikus állapot instabil, és a stabilitás a lokális aszimmetria miatt érhető el.
- Olyan helyzetek, amelyekben egy elmélet egyenletének lehetnek bizonyos szimmetriái, de megoldásai nem, mert a szimmetriák „rejtettek”.
A fizikai irodalomban tárgyalt szimmetriatörés egyik első esete egy összenyomhatatlan folyadék egyenletes forgó teste által felvett alakra vonatkozik gravitációs és hidrosztatikai egyensúlyban.
Jacobi és Liouville 1834-ben egyetértett abban, hogy a háromtengelyű ellipszoid egyensúlyi megoldás erre a problémára, amikor a forgó test gravitációs energiájához viszonyított mozgási energia meghalad egy bizonyos kritikus értéket.
A szferoidok által képviselt tengelyirányú szimmetria ezen az elágazási ponton megtörik, sőt ezen elágazási pont felett és állandó szögimpulzus esetén a kinetikus energiát minimalizáló megoldások a Maclaurin szferoidjai helyett tengelyirányban nem szimmetrikus Jacobi ellipszoidok.
Az atommagok például protonokból és neutronokból állnak, és azt is tudjuk, hogy az összes szubatomi részecske nem változtathatatlan objektum, hanem lényegében gyenge nukleáris kölcsönhatások eredményeként képes átalakítani egymást.
Például a nulla elektromos töltésű neutron lebomolhat protonná és azonos és ellentétes töltésű elektronná, plusz egy új nulla töltésű részecske, antineutrínó, és hasonlóképpen az antineutron antiprotonná, pozitronná bomlik. és egy neutrínót.
Electroweak elmélet vagy modell
A gyenge erő csak az atommagnál kisebb távolságokon fejti ki hatását, míg az elektromágneses erő nagy távolságokra is kiterjedhet, amint az a csillagok amelyek egész galaxisokat érnek el, és csak a távolság négyzetével halványulnak el.
Továbbá például két proton közötti alapvető kölcsönhatások erősségének összehasonlítása azt mutatja, hogy a gyenge erő körülbelül 10 milliószor gyengébb, mint az elektromágneses erő, de a XNUMX. század egyik fő felfedezése az volt, hogy ez a két erő egyetlen, alapvetőbb elektromos szivárgó erő különböző oldalai.
Az elektrogyenge elmélet elsősorban a gyenge erő önkonzisztens mérőelméletének létrehozására tett kísérletekből származott, a kvantumelektrodinamika analógiájára, az elektromágneses erő sikeres modern elméletével, amelyet az 1940-es években fejlesztettek ki.
A gyenge erő mérőelméletének két alapvető követelménye van, először is, egy mögöttes matematikai szimmetriát kell mutatnia, amelyet mérőváltozatlanságnak neveznek, hogy az erő hatása tér és idő különböző pontjain azonos legyen. Másodszor, az elméletnek újranormálhatónak kell lennie, vagyis nem tartalmazhat végtelen nemfizikai mennyiségeket.
A nukleáris változások mindennapi példái
A gyenge nukleáris erő legnyilvánvalóbb példája a protonok megkötése, amelyek pozitív töltésük miatt visszataszító jellegűek, nagyobb léptékben ez az erő felelős az atomfegyverek hatalmas pusztító erejéért, a robbanáskor felszabaduló energiaért. A nukleáris fegyver az erős nukleáris erőknek köszönhető.
Fontos megjegyezni, hogy ugyanúgy az atomenergetikai növényzetekben hőtermelésre használják, ez pedig energia, például elektromosság, Gyenge nukleáris erő Sikerül egy neutront protonná, egy protont neutronná alakítani, ezek az erők számos ellenállásból származnak, mint például a radioaktív bomlás, a napégés, a radiokarbon kormeghatározás stb.
- Egy atomerőműben lezajló hasadási reakció elegendő energiát biztosít a nagyvárosok energiaellátásához.
- A napon zajló fúziós reakció biztosítja bolygónkat minden olyan energiával, amelyre szüksége van az élő szervezetek túléléséhez.
- Egy elszabadult hasadási reakció biztosítja az atombomba pusztító erejét.