基本的な力：弱い核力

La 弱い核力 これは、粒子が相互作用する物理学のXNUMXつの基本的な力のひとつであり、強い力、重力、電磁気学とともに、この弱い核力の強度ははるかに弱いものです。 この興味深いトピックについて詳しくは、こちらをご覧ください。

弱い核力

弱い力はXNUMXつのうちのXNUMXつです 自然の基本的な力 宇宙のすべての物質を支配する他のXNUMXつは重力、電磁気学、そして強い力ですが、他の力は物事をまとめますが、弱い力は物事が崩壊したり崩壊したりする際により大きな役割を果たします。

弱い力、または弱い相互作用は重力よりもはるかに強力ですが、非常に短い距離でのみ安全であり、素粒子レベルで作用し、星の育成と要素の作成に重要な役割を果たし、多くの宇宙に存在する自然放射線。

イタリアの物理学者エンリコフェルミは、1933年にベータ崩壊を明らかにするという仮説について考えました。これは、原子核内の中性子が陽子に変わり、この文脈ではベータ粒子と呼ばれることが多い電子を放出するプロセスです。

彼は新しいタイプの力、いわゆる弱い相互作用を定義しました。これは崩壊の原因であり、その基本的なプロセスは中性子を陽子、電子、ニュートリノに変換することでした。 、Giulio Malteseは、イタリアの物理学の歴史家である、人間の粒子の中で書いています。

マルタ人によると、フェルミは当初、これは力が進むために0.1つの粒子が接触しなければならないゼロの距離または力に似ていることを意味すると述べました。それ以来、弱い力は走る引力であることが確認されました。陽子の直径の少なくともXNUMXパーセントのかなり短い範囲で。

プロパティ

La 弱い核力 これには、以下で説明する一連のプロパティがあります。弱い力は他の力とは異なります。

相互作用の種類

頂点と呼ばれる弱い相互作用にはXNUMXつのタイプがあります。最初のタイプは、電荷を運ぶ粒子によって媒介されるため「荷電電流相互作用」と呼ばれ、ベータ崩壊の現象の原因となります。

XNUMX番目のタイプは「中性カレント相互作用」と呼ばれます。これは中性粒子によって媒介され、ニュートリノの偏向に関与し、XNUMXつのタイプの相互作用は異なる選択規則に従います。

帯電した電流の相互作用

荷電電流タイプの相互作用では、荷電レプトン（-1の電荷を持つ電子やミューオンなど）はW +ボソンを吸収できます。つまり、+1の電荷を持つ粒子は、対応するモードになります。電荷が0のニュートリノ。ニュートリノのタイプ、つまり電子、ミューオン、またはタウは、相互作用のレプトンのタイプと同じです。

同様に、–の電荷を持つダウンクォークの一種 ¹ / ₃  +の電荷でアップタイプのクォークに変換することができます ² / ₃ ）、Wを発行することにより^–  ボソンまたはWを吸収する⁺   ボソンより正確には、ダウンタイプのクォークはアップタ​​イプのクォークの量子重ね合わせになります。つまり、マトリックス表に示されている確率で、XNUMXつのアップタイプのクォークのXNUMXつになる可能性があります。

対照的に、上流のクォークはWを放出することができます⁺
ボソン、またはWを吸収する^– ボソン、したがってダウンタイプのクォークになります。

Wボソンは不安定であるため、寿命が非常に短く、急速に崩壊します。他の製品へのWボソンの崩壊は、さまざまな確率で発生する可能性があります。

中性子のいわゆるベータ崩壊では、中性子内のダウンクォークは暗黙のWを表します^– ボソンであるため、アップクォークに変換され、中性子が陽子に変換されます。

プロセスに含まれるエネルギー、つまりダウンクォークとアップクォークの質量の差により、W^– ボソンは電子と電子反ニュートリノにしかなれません。

中性カレントの相互作用

中性カレントの相互作用では、クォークまたはレプトン（たとえば、電子またはミューオン）は、Wなどの中性Zボソンを放出または吸収します。^± ボソン、ボソンも急速に崩壊します。

選択規則がキラリティー、電荷、または弱アイソスピンによって厳密に制限されている荷電電流相互作用とは異なり、中性カレントZ⁰ 相互作用により、標準モデルのXNUMXつのフェルミ粒子が逸脱する可能性があります。相互作用の強さは異なりますが、任意の電荷の粒子と反粒子、および左右のキラリティーです。

対称性の破れ

対称性の破れは、臨界点を通過するシステム上で進行する小さな変動が、どの分岐が取られるかを確立することによってシステムの運命を結論付ける現象です。外部アシスタントの場合、変動に気付かずに、選択が不当に発生します。

このプロセスは対称性の破れと呼ばれます。これは、このような遷移が一般にXNUMXつ以上の特定の条件下でシステムを対称であるが無秩序な状態から移行するため、対称性の乱れがパターンで重要な役割を果たすと考えられます。

直接対称性の破れでは、システムの現在の方程式は静止していますが、システムは不変ではないというシステムの基礎によるものではありません。このような対称性の破れは、秩序パラメーターを使用してパラメーター化されます。このタイプの対称性の破れの特殊なケースは次のとおりです。動的対称性の破れ。

対称性の失敗は、次のシナリオのいずれかをカバーできます。

• いくつかの構造のランダムな形成による物理法則の根底にある正確な対称性の違反。
• 最小エネルギー状態の対称性がシステム自体よりも低い物理学の状況。
• 明確に対称な状態は不安定であり、局所的な非対称性により安定性が達成されるため、システムの実際の状態がダイナミクスの基本的な対称性を反映していない状況。
• 理論の方程式が特定の対称性を持つことができるが、対称性が「隠されている」ため、その解はそうではない状況。

物理学の文献で議論されている対称性の破れの最初のケースのXNUMXつは、重力および静水圧平衡にある非圧縮性流体の均一な回転体がとる形状に関するものです。

JacobiとLiouvilleは、1834年に、回転体の重力エネルギーと比較した運動エネルギーが特定の臨界値を超えたときに、XNUMX軸楕円体がこの問題の平衡解であることに同意しました。

回転楕円体によって表される軸対称性は、この分岐点で壊れます。さらに、この分岐点の上で、一定の角運動量の場合、運動エネルギーを最小化するソリューションは、マクラウリンの回転楕円体ではなく、軸方向に非対称なヤコビ楕円体です。

たとえば、原子核は陽子と中性子で構成されており、すべての亜原子粒子は不変の物体ではなく、本質的に弱い核相互作用の結果として互いに変換することができます。

たとえば、電荷がゼロの中性子は、陽子と等しく反対の電荷の電子に崩壊する可能性があり、さらに、電荷がゼロの新しい粒子である反ニュートリノに崩壊する可能性があります。同様に、反中性子は反陽子である陽電子に崩壊する可能性があります。とニュートリノ。

電弱理論またはモデル

弱い力は原子核よりも短い距離でのみ作用しますが、電磁力は、 星 銀河全体に到達し、距離のXNUMX乗でのみフェードします。

さらに、たとえば、10つの陽子間の基本相互作用の強さを比較すると、弱い力は電磁力の約XNUMX万倍弱いことがわかりますが、XNUMX世紀の主要な発見のXNUMXつは、これらXNUMXつの力が単一のより基本的な電気漏れ力のさまざまな側面。

電弱理論は、主に、量子電気力学と同様に、1940年代に開発された電磁力の成功した現代理論である弱い力の自己無撞着ゲージ理論を作成する試みから生じました。

弱い力のゲージ理論にはXNUMXつの基本的な要件があります。まず、力の効果が空間と時間の異なるポイントで同じになるように、ゲージ不変性と呼ばれる基礎となる数学的対称性を示さなければなりません。 第二に、理論は繰り込み可能でなければなりません。つまり、非物理的な無限の量を含んではなりません。

核の変化の日常の例

弱い核力の最も明白な例は、陽子の結合です。陽子は、正電荷のために本質的に反発します。より大きな規模では、この力は、核兵器の巨大な破壊力、爆発したときのエネルギーの放出に関与します。 。核兵器は強い核力によるものです。

原子力の植物で熱を生成するために使用されるのと同じように、これは電気などのエネルギーを形成するために使用されることに注意することが重要です。 弱い核力 それはなんとか中性子を陽子に変換し、陽子を中性子に変換します。これらの力は、放射性崩壊、日焼け、放射性炭素年代測定などの多くの抵抗から発生します。

• 原子力発電所の核分裂反応は、大都市に電力を供給するのに十分なエネルギーを提供します。
• 太陽の核融合反応は、私たちの惑星に、生物が生き残るために必要なすべてのエネルギーを提供します。
• 暴走する核分裂反応は、核爆弾の破壊力を提供します。