La Silpnos branduolinės pajėgos tai viena iš keturių pagrindinių fizikos jėgų, per kurias dalelės sąveikauja viena su kita, kartu su stipria jėga, gravitacija ir elektromagnetizmu, šios silpnosios branduolinės jėgos intensyvumas yra daug silpnesnis. Sužinokite daugiau apie šią įdomią temą čia!
Silpnos branduolinės pajėgos
Silpna jėga yra viena iš keturių Pagrindinės gamtos jėgos kurios valdo visą materiją visatoje, kitos trys yra gravitacija, elektromagnetizmas ir stipri jėga, o kitos jėgos laiko daiktus kartu, silpnoji jėga vaidina didesnį vaidmenį daiktams byrant arba byrant.
Silpna jėga arba silpna sąveika yra daug stipresnė už gravitaciją, tačiau yra saugi tik labai nedideliais atstumais, veikia subatominiame lygmenyje ir atlieka lemiamą vaidmenį puoselėjant žvaigždes ir kuriant elementus, taip pat yra atsakinga už didžiąją dalį visatoje esanti natūrali spinduliuotė.
Italų fizikas Enrico Fermi 1933 m. pagalvojo apie hipotezę, rodančią beta skilimą, ty procesą, kurio metu neutronas branduolyje virsta protonu ir išstumia elektroną, šiame kontekste dažnai vadinamą beta dalele.
Jis apibrėžė naują jėgos tipą, vadinamąją silpnąją sąveiką, kuri buvo atsakinga už skilimą ir kurios pagrindinis procesas buvo paversti neutroną protonu, elektronu ir neutrinu, kuris vėliau buvo nustatytas kaip antineutrinas. rašė Giulio Maltese, italų fizikos istorikas, žmogaus dalelėse.
Anot maltiečių, Fermi iš pradžių pareiškė, kad tai reiškė tai, kas panašu į nulinį atstumą arba jėgą, kuria abi dalelės turės liestis, kad jėga veiktų, nes tada buvo patvirtinta, kad silpnoji jėga yra patraukli jėga, kuri veikia. gana trumpame intervale – bent 0.1 procento protono skersmens.
Nekilnojamasis turtas
La Silpnos branduolinės pajėgos Jis turi keletą savybių, kurias paminėsime toliau, silpnoji jėga skiriasi nuo kitų jėgų:
- Tai vienintelė jėga, pažeidžianti pariteto simetriją (P).
- Tai vienintelė jėga, kuri pažeidžia krūvio pariteto (CP) simetriją.
- Tai vienintelė sąveika, galinti pakeisti vieną kvarko rūšį į kitą ar jo skonį.
- Silpną jėgą skleidžia didelės masės (apie 90 GeV/c) turinčios nešiklio dalelės.
Pagrindinis trapių sąveikaujančių dalelių kvantinis skaičius yra fizinė savybė, žinoma kaip silpnas izospinas, kuris yra panašus į elektrinės centrifugos vaidmenį elektromagnetinėje jėgoje ir spalvos krūvį stiprioje jėgoje.
Tai yra saugomas kiekis, dėl šios priežasties bet kokia silpna sąveika turės bendrą izospino sumą sąveikos pabaigoje ir sąveikos pradžioje.
Šios dalelės turi silpną + izospiną 1 / 2:
- elektroninis neutrinas
- miuono neutrinas
- tau neutrinas
- Atsikelk
- kvarko žavesys
- viršutinis kvarkas
Šios dalelės turi silpną izospiną: 1 / 2:
- Elektronas
- Muon
- Tau
- nusiraminti
- keistas kvarkas
- kvarko fonas
Z ir W bozonai yra daug masyvesni nei kiti metro bozonai, kurie tarpininkauja kitoms jėgoms, dalelės yra tokios masyvios, kad daugeliu atvejų labai greitai suyra.
Silpna jėga buvo siejama kartu su elektromagnetine jėga kaip viena esminė elektrodepresijos jėga, kuri deklaruojama esant didelei energijai, pavyzdžiui, dalelių greitintuvų viduje.
Šis vienijantis darbas buvo apdovanotas 1979 m. Nobelio fizikos premija, o vėlesnis darbas, rodantis, kad elektrosilpnos jėgos matematiniai pagrindai buvo normalizuojami, buvo apdovanoti 1999 m. Nobelio fizikos premija.
Sąveikos tipai
Yra du silpnosios sąveikos tipai, kurie vadinami viršūnėmis, pirmasis tipas vadinamas „įkrautos srovės sąveika“, nes ją tarpininkauja dalelės, turinčios elektros krūvį, ji yra atsakinga už beta skilimo reiškinį.
Antrasis tipas vadinamas „neutralios srovės sąveika“, nes jį tarpininkauja neutrali dalelė, ji yra atsakinga už neutrinų nukreipimą, dviejų tipų sąveika vadovaujasi skirtingomis atrankos taisyklėmis.
Įkrauta srovės sąveika
Įkrautos srovės sąveikos metu įkrautas leptonas (pvz., elektronas arba miuonas, kurio krūvis yra -1) gali absorbuoti W+ bozoną, o tai reiškia, kad dalelė, kurios krūvis yra +1, ir iš to režimo tampa atitinkamu neutrinas, kurio krūvis yra 0, kur neutrino tipas, ty elektronas, miuonas arba tau, yra toks pat kaip leptono tipas sąveikoje.
Panašiai, pūkų kvarko tipas, kurio krūvis – 1 / 3 gali būti paverstas aukštesnio tipo kvarku, kurio krūvis yra + 2 / 3 ), išduodamas W- bozonas arba sugeriantis W+ Bozonas Tiksliau tariant, žemyn tipo kvarkas tampa kvantine aukštesnio tipo kvarkų superpozicija: tai yra, jis turi galimybę tapti vienu iš trijų aukštesnio tipo kvarkų su tokiomis tikimybėmis, kurios nurodytos matricų lentelėse.
Priešingai, prieš srovę esantis kvarkas gali skleisti W+
bozonas arba sugerti W- bozonas, todėl tampa pūkų tipo kvarku.
W bozonas yra nestabilus, todėl suirs greitai, labai trumpam gyvavimo laikui, W bozono skilimas į kitus produktus gali įvykti su skirtingomis tikimybėmis.
Vadinamojo neutrono beta skilimo metu neutrono viduje esantis žemyn kvarkas išreiškia numanomą W- bozoną ir todėl virsta aukštyn kvarku, paversdamas neutroną protonu.
W- bozonas gali tapti tik elektronu ir elektroniniu antineutrinu.
Neutralios srovės sąveika
Neutraliosios srovės sąveikos metu kvarkas arba leptonas (pavyzdžiui, elektronas arba miuonas) išskiria arba sugeria neutralų Z bozoną, pvz., W.± bozonai, bozonas taip pat greitai suyra.
Skirtingai nuo įkrautos srovės sąveikos, kurios atrankos taisykles griežtai riboja chiralumas, elektros krūvis arba silpnas izospinas, neutrali srovė Z0 dėl sąveikos standartiniame modelyje gali nukrypti du fermionai: bet kokio elektros krūvio dalelės ir antidalelės bei kairysis ir dešinysis chiralumas, nors sąveikos stiprumas skiriasi.
simetrijos pažeidimas
Simetrijos laužymas – tai reiškinys, kai per kritinį tašką einančios sistemos nedideli sukrėtimai baigia sistemos likimą, nustatydami, kurios šakos paimamos, išoriniam asistentui, nežinančiam apie sukrėtimus, pasirinkimas bus nesąžiningas.
Šis procesas vadinamas simetrijos pažeidimu, nes tokie perėjimai paprastai perkelia sistemą iš simetriškos, bet netvarkingos būsenos esant vienai ar daugiau specifinių sąlygų, manoma, kad simetrijos sutrikimai vaidina svarbų vaidmenį modeliuose.
Esant tiesioginiam simetrijos laužymui, sistemos srovės lygtys yra stacionarios, bet sistema nėra dėl to, kad sistemos pagrindas nėra nekintamas, toks simetrijos laužymas yra parametrizuojamas naudojant eilės parametrą, ypatingas tokio tipo simetrijos tirpimo atvejis yra dinaminės simetrijos laužymas.
Simetrijos gedimas gali apimti bet kurį iš šių scenarijų:
- Tikslios simetrijos, kuria grindžiami fizikos dėsniai, pažeidimas atsitiktinai susidarius kokiai nors struktūrai.
- Situacija fizikoje, kai minimalios energijos būsena turi mažesnę simetriją nei pati sistema.
- Situacijos, kai tikroji sistemos būsena neatspindi pagrindinių dinamikos simetrijų, nes aiškiai simetriška būsena yra nestabili, o stabilumas pasiekiamas dėl lokalios asimetrijos.
- Situacijos, kai teorijos lygtis gali turėti tam tikrų simetrijų, o jos sprendiniai – ne, nes simetrijos „paslėptos“.
Vienas iš pirmųjų fizikinėje literatūroje aptartų simetrijos pažeidimo atvejų yra susijęs su forma, kurią įgauna tolygiai besisukantis nesuspaudžiamo skysčio kūnas esant gravitacinei ir hidrostatinei pusiausvyrai.
Tiek Jacobi, tiek Liouville 1834 m. sutarė, kad trijų ašių elipsoidas yra pusiausvyrinis šios problemos sprendimas, kai kinetinė energija, palyginti su besisukančio kūno gravitacine energija, viršija tam tikrą kritinę vertę.
Sferoidų pavaizduota ašinė simetrija yra sulaužyta šiame šakos taške, be to, virš šio šakos taško ir esant pastoviam kampiniam impulsui, kinetinę energiją minimizuojantys sprendimai yra ašies atžvilgiu nesimetriniai Jacobi elipsoidai, o ne Maklaurino sferoidai.
Pavyzdžiui, atominiai branduoliai yra sudaryti iš protonų ir neutronų, taip pat žinome, kad visos subatominės dalelės nėra nekintantys objektai, o veikiau sugeba transformuoti viena kitą, iš esmės dėl silpnos branduolinės sąveikos.
Pavyzdžiui, neutronas, kurio elektros krūvis yra nulinis, gali suskaidyti į protoną ir vienodo ir priešingo krūvio elektroną, taip pat naują nulinio krūvio dalelę, antineutriną, ir panašiai, antineutronas gali suskaidyti į antiprotoną, pozitroną. ir neutrinas.
Electroweak teorija arba modelis
Silpnoji jėga veikia tik atstumais, mažesniais už atomo branduolį, o elektromagnetinė jėga gali plisti dideliais atstumais, kaip matyti iš Žvaigždės kurios pasiekia ištisas galaktikas ir išnyksta tik atstumo kvadratu.
Be to, palyginus, pavyzdžiui, pagrindinių dviejų protonų sąveikos stiprumą, paaiškėja, kad silpnoji jėga yra maždaug 10 milijonų kartų silpnesnė už elektromagnetinę jėgą, tačiau vienas iš pagrindinių XX amžiaus atradimų buvo tas, kad šios dvi jėgos yra skirtingi vienos, svarbesnės elektros nuotėkio jėgos aspektai.
Electroweak teorija pirmiausia atsirado dėl bandymų sukurti savaime nuoseklią silpnosios jėgos matuoklio teoriją, panašią į kvantinę elektrodinamiką, sėkmingą modernią elektromagnetinės jėgos teoriją, sukurtą 1940 m.
Silpnosios jėgos matuoklio teorijai keliami du pagrindiniai reikalavimai: pirma, ji turi turėti pagrindinę matematinę simetriją, vadinamą matuoklio invariancija, kad jėgos poveikis skirtinguose erdvės ir laiko taškuose būtų vienodas. Antra, teorija turėtų būti renormalizuojama, tai yra, joje neturėtų būti nefizinių begalinių dydžių.
Kasdienių branduolinių pokyčių pavyzdžiai
Akivaizdžiausias silpnųjų branduolinių jėgų pavyzdys yra protonų surišimas, kurie dėl savo teigiamo krūvio yra atstumiantys. Didesniu mastu ši jėga yra atsakinga už didžiulę ardomąją branduolinių ginklų galią, energijos išskyrimą sprogimo metu. Branduolinis ginklas yra dėl stiprių branduolinių jėgų.
Svarbu pažymėti, kad jie lygiai taip pat naudojami branduolinės energijos augmenijoje šilumai gaminti, tai yra energijai, tokiai kaip elektra, Silpnos branduolinės pajėgos Jis sugeba neutroną paversti protonu, o protoną – neutronu, šios jėgos kyla iš daugelio pasipriešinimų, tokių kaip radioaktyvusis skilimas, saulės deginimas, radioaktyviosios anglies datavimas ir kt.
- Atominėje elektrinėje vykstanti dalijimosi reakcija suteikia pakankamai energijos dideliems miestams.
- Saulės sintezės reakcija suteikia mūsų planetai visą energiją, reikalingą gyviems organizmams išgyventi.
- Bėganti dalijimosi reakcija suteikia griaunančią branduolinės bombos jėgą.