Siły podstawowe: słaba siła jądrowa

La Słaba siła jądrowa jest to jedna z czterech podstawowych sił fizycznych, poprzez które cząstki oddziałują ze sobą, wraz z silną siłą, grawitacją i elektromagnetyzmem, ta słaba siła jądrowa ma znacznie słabszą intensywność. Dowiedz się więcej na ten interesujący temat tutaj!

Słaba siła jądrowa

Słaba siła jest jedną z czterech Podstawowe Siły Natury które rządzą całą materią we wszechświecie, pozostałe trzy to grawitacja, elektromagnetyzm i siła silna, podczas gdy inne siły utrzymują rzeczy razem, siła słaba odgrywa większą rolę w rozpadaniu się lub rozpadzie rzeczy.

Słaba siła lub słabe oddziaływanie jest znacznie silniejsze niż grawitacja, ale jest bezpieczna tylko na bardzo krótkie odległości, działa na poziomie subatomowym i odgrywa kluczową rolę w pielęgnowaniu gwiazd i tworzeniu pierwiastków, a także jest odpowiedzialna za większość naturalne promieniowanie obecne we wszechświecie.

Włoski fizyk Enrico Fermi wymyślił w 1933 roku hipotezę manifestującą rozpad beta, czyli proces, w którym neutron w jądrze zamienia się w proton i wyrzuca elektron, często nazywany w tym kontekście cząstką beta.

Zdefiniował nowy rodzaj siły, tzw. oddziaływanie słabe, odpowiedzialne za rozpad i którego podstawowym procesem było przekształcenie neutronu w proton, elektron i neutrino, które później zostało określone jako antyneutrino. , napisał Giulio Maltese, włoski historyk fizyki, w cząstkach człowieka.

Według maltańskiego Fermi początkowo stwierdził, że sugerowało to coś, co przypomina odległość lub siłę zerową, w której dwie cząstki musiałyby być w kontakcie, aby siła mogła zadziałać, od tego czasu potwierdzono, że słaba siła jest siłą przyciągającą, która działa. w dość krótkim zakresie co najmniej 0.1 procent średnicy protonu.

właściwości

La Słaba siła jądrowa Ma szereg właściwości, o których wspominamy poniżej, siła słaba różni się od pozostałych sił:

Rodzaje interakcji

Istnieją dwa rodzaje oddziaływań słabych, które nazywane są wierzchołkami, pierwszy rodzaj nazywa się „oddziaływaniem z prądem naładowanym”, ponieważ pośredniczą w nim cząstki przenoszące ładunek elektryczny i jest on odpowiedzialny za zjawisko rozpadu beta.

Drugi typ nazywa się „oddziaływaniem prądów neutralnych”, ponieważ pośredniczy w nim cząstka obojętna, odpowiada ona za odchylanie neutrin, przy czym oba rodzaje oddziaływań podlegają różnym regułom selekcji.

Naładowany prąd interakcji

W oddziaływaniu typu naładowanego prądu naładowany lepton (taki jak elektron lub mion, który ma ładunek -1) może zaabsorbować bozon W+, co oznacza cząstkę o ładunku +1 i z tego modu staje się odpowiednią neutrino o ładunku 0, gdzie rodzaj neutrina, tj. elektron, mion lub tau, jest taki sam jak rodzaj leptonu w oddziaływaniu.

Podobnie rodzaj kwarka dolnego o ładunku – ¹ / ₃  może zostać przekształcony w kwark typu górnego o ładunku + ² / ₃ ), wydając W^-  bozon lub pochłanianie W⁺   Bozon Dokładniej, kwark typu dolnego staje się kwantową superpozycją kwarków typu górnego: to znaczy, ma szansę stać się jednym z trzech kwarków typu górnego, z prawdopodobieństwami podanymi w tablicach macierzowych.

W przeciwieństwie do tego, kwark upstream może emitować W⁺
bozon lub absorbować W^- bozon, a tym samym staje się kwarkiem typu dolnego.

Bozon W jest niestabilny, więc rozpadnie się szybko, przy bardzo krótkim czasie życia, rozpad bozonu W na inne produkty może nastąpić z różnym prawdopodobieństwem.

W tak zwanym rozpadzie beta neutronu kwark dolny wewnątrz neutronu wyraża niejawne W^- bozon i dlatego przekształca się w kwark górny, przekształcając neutron w proton.

Ze względu na energię zaangażowaną w proces, czyli różnicę masy między kwarkiem dolnym a kwarkiem górnym, W^- bozon może stać się tylko elektronem i antyneutrinem elektronowym.

Interakcja z prądem neutralnym

W oddziaływaniach z prądem neutralnym kwark lub lepton (na przykład elektron lub mion) emituje lub pochłania neutralny bozon Z, taki jak W^± bozony, bozon również szybko się rozpada.

W przeciwieństwie do oddziaływania naładowanego prądu, którego reguły wyboru są ściśle ograniczone przez chiralność, ładunek elektryczny lub słabą izospinę, prąd neutralny Z⁰ interakcja może powodować odchylenia dwóch fermionów w modelu standardowym: cząstki i antycząstki o dowolnym ładunku elektrycznym oraz chiralność lewą i prawą, chociaż siła oddziaływania jest różna.

naruszenie symetrii

Łamanie symetrii to zjawisko, w którym drobne wstrząsy zachodzące w systemie przechodzącym przez punkt krytyczny kończą losy systemu poprzez ustalenie, które gałęzie są brane, dla nieświadomego tych wstrząsów asystenta zewnętrznego, wybór będzie niesprawiedliwy.

Proces ten nazywa się naruszeniem symetrii, ponieważ takie przejścia na ogół przenoszą system z symetrycznego, ale nieuporządkowanego stanu w jednym lub większej liczbie określonych warunków. Uważa się, że zakłócenia symetrii odgrywają ważną rolę we wzorcach.

Przy bezpośrednim łamaniu symetrii bieżące równania układu są stacjonarne, ale układ nie wynika z tego, że podstawa układu nie jest niezmiennicza, takie łamanie symetrii jest parametryzowane za pomocą parametru porządku, szczególnym przypadkiem tego typu zanikania symetrii jest dynamiczne łamanie symetrii.

Awaria symetrii może obejmować dowolny z następujących scenariuszy:

• Naruszenie dokładnej symetrii leżącej u podstaw praw fizyki poprzez losowe tworzenie jakiejś struktury.
• Sytuacja w fizyce, w której stan o minimalnej energii ma mniejszą symetrię niż sam układ.
• Sytuacje, w których rzeczywisty stan układu nie odzwierciedla podstawowych symetrii dynamiki, ponieważ wyraźnie symetryczny stan jest niestabilny, a stabilność uzyskuje się dzięki lokalnej asymetrii.
• Sytuacje, w których równanie teorii może mieć pewne symetrie, ale jego rozwiązania nie, ponieważ symetrie są „ukryte”.

Jeden z pierwszych przypadków złamania symetrii omawiany w literaturze fizycznej dotyczy kształtu przybieranego przez jednorodny wirujący korpus nieściśliwego płynu w równowadze grawitacyjnej i hydrostatycznej.

Zarówno Jacobi, jak i Liouville zgodzili się w 1834 r., że trójosiowa elipsoida jest rozwiązaniem tego problemu w stanie równowagi, gdy energia kinetyczna w porównaniu z energią grawitacji wirującego ciała przekracza pewną wartość krytyczną.

Symetria osiowa reprezentowana przez sferoidy jest załamana w tym punkcie rozgałęzienia, ponadto powyżej tego punktu rozgałęzienia i dla stałego momentu pędu rozwiązaniami minimalizującymi energię kinetyczną są osiowo niesymetryczne elipsoidy Jacobiego zamiast sferoid Maclaurina.

Na przykład jądra atomowe składają się z protonów i neutronów, a wiemy również, że wszystkie cząstki subatomowe nie są obiektami niezmiennymi, ale raczej potrafią przekształcać się nawzajem, zasadniczo w wyniku słabych oddziaływań jądrowych.

Na przykład neutron, który ma zerowy ładunek elektryczny, może rozpaść się na proton i elektron o równych i przeciwnych ładunkach, plus nową cząstkę o zerowym ładunku, antyneutrino, i podobnie antyneutron może rozpaść się na antyproton, pozyton. i neutrino.

Teoria lub model elektrosłabego

Siła słaba działa tylko na odległości mniejsze niż jądro atomowe, podczas gdy siła elektromagnetyczna może rozciągać się na duże odległości, co widać w świetle Gwiazdy które docierają do całych galaktyk, zanikając tylko wraz z kwadratem odległości.

Co więcej, porównanie siły fundamentalnych oddziaływań między dwoma protonami, na przykład, pokazuje, że słabe oddziaływanie jest około 10 milionów razy słabsze niż oddziaływanie elektromagnetyczne, jednak jednym z głównych odkryć XX wieku było to, że te dwie siły są różne aspekty pojedynczej, bardziej podstawowej siły upływu elektrycznego.

Teoria elektrosłabych wyrosła przede wszystkim z prób stworzenia spójnej teorii cechowania słabego oddziaływania, analogicznie do elektrodynamiki kwantowej, odnoszącej sukcesy nowoczesnej teorii oddziaływania elektromagnetycznego opracowanej w latach 1940. XX wieku.

Teoria cechowania siły słabej musi spełniać dwa podstawowe wymagania. Po pierwsze, musi ona wykazywać podstawową symetrię matematyczną, zwaną niezmiennością cechowania, tak aby skutki działania siły były takie same w różnych punktach przestrzeni i czasu. Po drugie, teoria powinna być renormalizowalna, to znaczy nie powinna zawierać niefizycznych wielkości nieskończonych.

Codzienne przykłady zmian jądrowych

Najbardziej oczywistym przykładem słabej siły jądrowej jest wiązanie protonów, które mają charakter odpychający ze względu na ich ładunek dodatni.W większej skali siła ta jest odpowiedzialna za ogromną siłę niszczącą broni jądrowej, uwalnianie energii podczas detonacji , broń nuklearna jest spowodowana silnymi siłami nuklearnymi.

Należy zauważyć, że w ten sam sposób są one wykorzystywane w roślinach wykorzystujących energię jądrową do wytwarzania ciepła, to w celu wytworzenia energii, takiej jak elektryczność, Słaba siła jądrowa Udaje się przekształcić neutron w proton i proton w neutron, siły te pochodzą z wielu oporów, takich jak rozpad radioaktywny, spalanie słoneczne, datowanie radiowęglowe itp.

• Reakcja rozszczepienia w elektrowni jądrowej dostarcza energii wystarczającej do zasilania dużych miast.
• Reakcja syntezy jądrowej w słońcu dostarcza naszej planecie całej energii potrzebnej do przetrwania żywych organizmów.
• Niekontrolowana reakcja rozszczepienia zapewnia niszczycielską siłę bomby atomowej.