기본력: 약한 핵력

La 약한 핵력 강한 힘, 중력, 전자기력과 함께 입자들이 상호작용하는 물리학의 XNUMX대 기본 힘 중 하나인 이 약한 핵력은 훨씬 약한 강도를 가지고 있습니다. 여기에서 이 흥미로운 주제에 대해 자세히 알아보세요!

약한 핵력

약한 힘은 네 가지 중 하나입니다. 자연의 기본 힘 우주의 모든 물질을 지배하는 힘은 중력, 전자기력, 강한 힘이고 나머지 XNUMX가지 힘은 물건을 붙들고 있는 힘이고 약한 힘은 사물이 무너지거나 무너지는 데 더 큰 역할을 한다.

약한 힘 또는 약한 상호 작용은 중력보다 훨씬 강하지만 매우 짧은 거리에서만 안전하고 아원자 수준에서 작용하며 별을 양육하고 요소를 생성하는 데 중요한 역할을 합니다. 우주에 존재하는 자연 방사선.

이탈리아 물리학자 엔리코 페르미(Enrico Fermi)는 1933년 베타 붕괴를 나타내는 가설에 대해 생각했습니다. 베타 붕괴는 핵의 중성자가 양성자로 변하고 이 맥락에서 종종 베타 입자라고 불리는 전자를 방출하는 과정입니다.

그는 새로운 유형의 힘, 이른바 약한 상호작용(weak interaction)이라는 새로운 유형의 힘을 정의했는데, 이 힘은 붕괴의 원인이었으며 그 기본 과정은 중성자를 양성자, 전자 및 중성미자로 변환하는 것이었으며, 이는 나중에 반중성미자로 결정되었습니다. , Giulio Maltese는 사람의 입자에 대해 이탈리아 물리학 역사가가 썼습니다.

Maltese에 따르면, Fermi는 처음에 이것이 힘이 진행하기 위해 두 입자가 접촉해야 하는 0.1 거리 또는 힘과 유사한 것을 암시한다고 말했습니다. 이후 약한 힘은 작동하는 인력임이 확인되었습니다. 양성자 직경의 최소 XNUMX%의 상당히 짧은 범위에서.

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La 약한 핵력 그것은 우리가 아래에서 언급하는 일련의 속성을 가지고 있으며, 약한 힘은 다른 힘과 다릅니다:

상호 작용 유형

정점이라고 하는 두 가지 유형의 약한 상호 작용이 있습니다. 첫 번째 유형은 전하를 운반하는 입자에 의해 매개되기 때문에 "하전된 전류 상호 작용"이라고 하며 베타 붕괴 현상을 담당합니다.

두 번째 유형은 중성 입자에 의해 매개되기 때문에 "중성 전류 상호 작용"이라고 하며 중성미자의 편향을 담당하며 두 유형의 상호 작용은 서로 다른 선택 규칙을 따릅니다.

충전된 전류 상호 작용

하전된 전류 유형의 상호 작용에서 하전된 렙톤(예: -1의 전하를 갖는 전자 또는 뮤온)은 W+ 보존을 흡수할 수 있습니다. 중성미자의 유형, 즉 전자, 뮤온 또는 타우가 상호작용에서 렙톤 유형과 동일한 경우 전하가 1인 중성미자.

유사하게, 아래의 쿼크의 한 종류는 – ¹ / ₃  +의 전하를 가진 업형 쿼크로 변환될 수 있습니다. ² / ₃ ), W를 발행하여^-  보손 또는 W 흡수⁺   Boson 보다 정확하게는 다운형 쿼크는 업형 쿼크의 양자 중첩이 됩니다. 즉, 매트릭스 테이블에 주어진 확률로 세 가지 업형 쿼크 중 하나가 될 가능성이 있습니다.

대조적으로, 업스트림 쿼크는 W를 방출할 수 있습니다.⁺
보손, 또는 W를 흡수^- boson, 따라서 down-type 쿼크가 된다.

W 보존은 불안정하므로 빠르게 붕괴되며 수명이 매우 짧고 W 보존이 다른 생성물로 붕괴될 수 있으며 다른 확률로 발생할 수 있습니다.

소위 중성자의 베타 붕괴에서 중성자 내부의 다운 쿼크는 암묵적인 W를 표현합니다.^- 따라서 보손은 업 쿼크로 변환되어 중성자를 양성자로 변환합니다.

이 과정에 관여하는 에너지, 즉 다운 쿼크와 업 쿼크의 질량 차이로 인해 W^- 보존은 오직 전자와 전자 반중성미자가 될 수 있습니다.

중성 전류 상호 작용

중성 전류 상호 작용에서 쿼크 또는 렙톤(예: 전자 또는 뮤온)은 W와 같은 중성 Z 보존을 방출하거나 흡수합니다.^± bosons, boson도 빠르게 붕괴합니다.

선택 규칙이 키랄성, 전하 또는 약한 아이소스핀에 의해 엄격하게 제한되는 대전된 전류 상호 작용과 달리 중성 전류 Z⁰ 상호 작용으로 인해 표준 모델의 두 페르미온이 벗어날 수 있습니다. 즉, 모든 전하의 입자와 반입자, 그리고 상호 작용의 강도는 다르지만 왼쪽 및 오른쪽 키랄성입니다.

대칭 위반

대칭 파괴는 임계점을 통과하는 시스템에서 진행되는 작은 격변이 어떤 분기를 선택하여 시스템의 운명을 결정짓는 현상입니다. 외부 조수는 격변을 알지 못하고 선택이 부당하게 발생할 것입니다.

이러한 전환은 일반적으로 하나 이상의 특정 조건에서 대칭적이지만 무질서한 상태에서 시스템을 전환하기 때문에 이 프로세스를 대칭 위반이라고 합니다. 대칭의 교란은 패턴에서 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다.

직접 대칭 파괴의 경우 시스템의 현재 방정식은 고정되어 있지만 시스템은 시스템의 기초가 불변하지 않기 때문이 아닙니다. 이러한 대칭 파괴는 차수 매개변수를 사용하여 매개변수화됩니다. 이러한 유형의 대칭 분해의 특별한 경우는 다음과 같습니다. 동적 대칭 파괴.

대칭 실패는 다음 시나리오 중 하나를 포함할 수 있습니다.

• 일부 구조의 무작위 형성을 통해 물리 법칙의 기초가 되는 정확한 대칭을 위반합니다.
• 최소 에너지 상태가 시스템 자체보다 덜 대칭인 물리학 상황.
• 명확하게 대칭인 상태가 불안정하고 국부적 비대칭으로 인해 안정성이 달성되기 때문에 시스템의 실제 상태가 역학의 기본 대칭을 반영하지 않는 상황.
• 이론의 방정식이 특정 대칭을 가질 수 있지만 대칭이 "숨겨져 있기" 때문에 해가 없는 상황.

물리 문헌에서 논의된 대칭 깨짐의 첫 번째 사례 중 하나는 중력 및 정수압 평형 상태에서 비압축성 유체의 균일한 회전체가 취하는 모양에 관한 것입니다.

Jacobi와 Liouville은 1834년에 회전체의 중력 에너지와 비교한 운동 에너지가 특정 임계값을 초과할 때 XNUMX축 타원체가 이 문제에 대한 평형 솔루션이라는 데 동의했습니다.

회전 타원체로 표시되는 축 대칭은 이 분기점에서 끊어지고 이 분기점 위의 일정한 각운동량에 대해 운동 에너지를 최소화하는 솔루션은 Maclaurin의 회전 타원체 대신 축 방향으로 비대칭 Jacobi 타원체입니다.

예를 들어, 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있으며 모든 아원자 입자가 불변의 대상이 아니라 본질적으로 약한 핵 상호작용의 결과로 서로를 변형시킬 수 있다는 것도 알고 있습니다.

예를 들어, 전하가 XNUMX인 중성자는 양성자와 전하가 같거나 반대인 전자로 붕괴할 수 있으며, 전하가 XNUMX인 새로운 입자인 반중성미자와 유사하게 반중성자는 반양성자인 양전자로 붕괴할 수 있습니다. 그리고 중성미자.

Electroweak 이론 또는 모델

약한 힘은 원자핵보다 작은 거리에서만 작용하는 반면, 전자기력은 별 그것은 전체 은하에 도달하고 거리의 제곱으로 만 퇴색합니다.

더욱이, 예를 들어 두 양성자 사이의 기본 상호작용의 강도를 비교하면 약한 힘이 전자기력보다 약 10천만 배 더 약하다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 XNUMX세기의 주요 발견 중 하나는 이 두 힘이 하나의 보다 기본적인 누전력의 다양한 측면.

전자 약력 이론은 1940년대에 개발된 성공적인 현대 전자기력 이론인 양자 전기 역학과 유사하게 약력에 대한 일관된 게이지 이론을 생성하려는 시도에서 주로 발생했습니다.

약한 힘의 게이지 이론에는 두 가지 기본 요구 사항이 있습니다. 첫째, 힘의 효과가 공간과 시간의 다른 지점에서 동일하도록 게이지 불변성이라고 하는 근본적인 수학적 대칭을 나타내야 합니다. 둘째, 이론은 재정규화할 수 있어야 합니다. 즉, 비물리적 무한량을 포함하지 않아야 합니다.

핵 변화의 일상적인 예

약한 핵력의 가장 분명한 예는 양성자의 결합으로, 양성자에 의한 성질은 반발력이 있으며, 더 큰 규모로 보면 이 힘은 핵무기의 엄청난 파괴력, 폭발할 때 에너지를 방출하는 역할을 합니다. . 핵무기는 강력한 핵력으로 인한 것입니다.

열을 생성하기 위해 원자력 식물에서 사용되는 것과 같은 방식으로, 이것은 전기와 같은 에너지를 형성하기 위해 사용된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 약한 핵력 그것은 중성자를 양성자로, 양성자를 중성자로 변환하는데, 이러한 힘은 방사성 붕괴, 태양 연소, 방사성 탄소 연대 측정 등과 같은 많은 저항에서 비롯됩니다.

• 원자력 발전소의 핵분열 반응은 대도시에 전력을 공급할 수 있는 충분한 에너지를 제공합니다.
• 태양의 핵융합 반응은 생명체가 생존하는 데 필요한 모든 에너지를 지구에 제공합니다.
• 폭주 핵분열 반응은 핵폭탄의 파괴력을 제공합니다.