Forças Fundamentais: Força Nuclear Fraca

La Força Nuclear Fraca é uma das quatro forças fundamentais da física através das quais as partículas interagem umas com as outras, juntamente com uma força forte, gravidade e eletromagnetismo, esta Força Nuclear Fraca tem uma intensidade muito mais fraca. Saiba mais sobre este tema interessante aqui!

A Força Nuclear Fraca

A força fraca é uma das quatro Forças Fundamentais da Natureza que governam toda a matéria no universo, as outras três são a gravidade, o eletromagnetismo e a força forte, enquanto as outras forças mantêm as coisas juntas, a força fraca desempenha um papel maior nas coisas que se desfazem ou desmoronam.

A força fraca, ou interação fraca, é muito mais forte que a gravidade, mas só é segura para distâncias muito curtas, atua no nível subatômico e desempenha um papel crucial na nutrição de estrelas e na criação de elementos, além de ser responsável por grande parte da radiação natural presente no universo.

O físico italiano Enrico Fermi pensou em uma hipótese em 1933 para manifestar o decaimento beta, que é o processo pelo qual um nêutron em um núcleo se transforma em um próton e ejeta um elétron, muitas vezes chamado de partícula beta neste contexto.

Ele definiu um novo tipo de força, a chamada interação fraca, responsável pelo decaimento e cujo processo fundamental era transformar um nêutron em um próton, um elétron e um neutrino, que posteriormente foi determinado como um anti-neutrino. , Giulio Maltese escreveu. , um historiador italiano da física, em partículas do homem.

Segundo Maltese, Fermi afirmou inicialmente que isso implicava o que se assemelha a uma distância ou força zero pela qual as duas partículas teriam que estar em contato para que a força prosseguisse, desde então foi confirmado que a força fraca é uma força atrativa que funciona em um intervalo bastante curto de pelo menos 0.1 por cento do diâmetro de um próton.

Propriedades

La Força Nuclear Fraca Possui uma série de propriedades que mencionamos abaixo, a força fraca é diferente das outras forças:

Tipos de interações

Existem dois tipos de interação fraca que são chamados de vértices, o primeiro tipo é chamado de "interação de corrente carregada" porque é mediada por partículas que carregam uma carga elétrica, é responsável pelo fenômeno do decaimento beta.

O segundo tipo é chamado de “interação de corrente neutra” porque é mediada por uma partícula neutra, ela é responsável pela deflexão dos neutrinos, os dois tipos de interação seguem regras de seleção diferentes.

Interação de corrente cobrada

Em um tipo de interação de corrente carregada, um lépton carregado (como um elétron ou um múon, que tem carga de -1) pode absorver um bóson W+, o que significa que uma partícula com carga de +1 e desse modo se torna um bóson correspondente. neutrino com carga 0 onde o tipo de neutrino, ou seja, elétron, múon ou tau é o mesmo que o tipo de lépton na interação.

Da mesma forma, um tipo de quark down com carga de – ¹ / ₃  pode ser convertido em um quark do tipo up, com uma carga de + ² / ₃ ), emitindo um W^-  bóson ou absorvendo um W⁺   Boson Mais precisamente, o quark do tipo down torna-se uma superposição quântica de quarks do tipo up: ou seja, tem a chance de se tornar um dos três quarks do tipo up, com as probabilidades dadas nas tabelas matrizes.

Em contraste, um quark upstream pode emitir um W⁺
bóson, ou absorver um W^- bóson, e assim se torna um quark do tipo down.

O bóson W é instável, então ele irá decair rapidamente, com um tempo de vida muito curto, o decaimento de um bóson W para outros produtos pode acontecer, com diferentes probabilidades.

No chamado decaimento beta de um nêutron, um quark down dentro do nêutron expressa um W implícito^- bóson e, portanto, se transforma em um quark up, transformando o nêutron em um próton.

Devido à energia envolvida no processo, ou seja, a diferença de massa entre o quark down e o quark up, o W^- o bóson só pode se tornar um elétron e um elétron antineutrino.

Interação de corrente neutra

Em interações de corrente neutra, um quark ou lépton (por exemplo, um elétron ou um múon) emite ou absorve um bóson Z neutro, como o W^± bósons, o bóson também decai rapidamente.

Ao contrário da interação de corrente carregada, cujas regras de seleção são estritamente limitadas pela quiralidade, carga elétrica ou isospin fraco, a corrente neutra Z⁰ a interação pode fazer com que dois férmions no modelo padrão se desviem: partículas e antipartículas de qualquer carga elétrica e quiralidade esquerda e direita, embora a força da interação seja diferente.

violação de simetria

A quebra de simetria é um fenômeno no qual pequenos transtornos que ocorrem em um sistema que passa por um ponto crítico concluem o destino do sistema estabelecendo quais ramificações são tomadas, para um assistente externo, alheio aos transtornos, a escolha surgirá injustamente.

Este processo é chamado de violação de simetria, porque tais transições geralmente transferem o sistema de um estado simétrico, mas desordenado sob uma ou mais condições específicas, acredita-se que distúrbios na simetria desempenham um papel importante nos padrões.

Com quebra direta de simetria, as equações atuais do sistema são estacionárias, mas o sistema não é devido a base do sistema não ser invariante, tal quebra de simetria é parametrizada usando o parâmetro de ordem, um caso especial deste tipo de dissolução de simetria é quebra de simetria dinâmica.

A falha de simetria pode abranger qualquer um dos seguintes cenários:

• Violação da simetria exata subjacente às leis da física através da formação aleatória de alguma estrutura.
• Uma situação na física em que o estado de energia mínima tem menos simetria do que o próprio sistema.
• Situações em que o estado real do sistema não reflete as simetrias básicas da dinâmica, pois o estado claramente simétrico é instável e a estabilidade é alcançada devido à assimetria local.
• Situações em que a equação de uma teoria pode ter certas simetrias, mas suas soluções não, porque as simetrias estão "escondidas".

Um dos primeiros casos de quebra de simetria discutidos na literatura física diz respeito à forma assumida por um corpo uniforme em rotação de um fluido incompressível em equilíbrio gravitacional e hidrostático.

Ambos Jacobi e Liouville concordaram em 1834 que um elipsóide de três eixos era uma solução de equilíbrio para este problema, quando a energia cinética comparada com a energia gravitacional de um corpo em rotação excedia um certo valor crítico.

A simetria axial representada pelos esferóides é quebrada neste ponto de ramificação, além disso, acima deste ponto de ramificação e para momento angular constante, as soluções que minimizam a energia cinética são elipsóides de Jacobi axialmente não simétricos ao invés de esferóides de Maclaurin.

Os núcleos atômicos, por exemplo, são formados por prótons e nêutrons, e sabemos também que todas as partículas subatômicas não são objetos imutáveis, mas conseguem se transformar, essencialmente como resultado de interações nucleares fracas.

Por exemplo, o nêutron, que tem carga elétrica zero, pode decair em um próton e um elétron de cargas iguais e opostas, mais uma nova partícula de carga zero, um antineutrino, e da mesma forma, o antinêutron pode decair em um antipróton, um pósitron. e um neutrino.

Teoria ou Modelo Eletrofraco

A força fraca atua apenas em distâncias menores que o núcleo atômico, enquanto a força eletromagnética pode se estender por grandes distâncias, como visto à luz de Estrelas que atingem galáxias inteiras, desaparecendo apenas com o quadrado da distância.

Além disso, a comparação da força das interações fundamentais entre dois prótons, por exemplo, revela que a força fraca é cerca de 10 milhões de vezes mais fraca que a força eletromagnética. diferentes facetas de uma única força de fuga elétrica mais fundamental.

A teoria eletrofraca surgiu principalmente das tentativas de produzir uma teoria de calibre auto-consistente da força fraca, em analogia com a eletrodinâmica quântica, a teoria moderna bem-sucedida da força eletromagnética desenvolvida durante a década de 1940.

Existem dois requisitos básicos para a teoria de calibre da força fraca: primeiro, ela deve exibir uma simetria matemática subjacente, chamada invariância de calibre, de modo que os efeitos da força sejam os mesmos em diferentes pontos no espaço e no tempo. Segundo, a teoria deve ser renormalizável, ou seja, não deve conter quantidades infinitas não físicas.

Exemplos cotidianos de mudanças nucleares

O exemplo mais óbvio da Força Nuclear Fraca é a ligação de prótons, de natureza repulsiva por sua carga positiva. Em maior escala, essa força é responsável pelo imenso poder destrutivo das armas nucleares, pela liberação de energia quando detonadas uma arma nuclear é devido a forças nucleares fortes.

É importante notar que, da mesma forma que eles são usados ​​em vegetações de energia nuclear para gerar calor, isso para formar energia, como eletricidade, um Força Nuclear Fraca Ele consegue converter um nêutron em um próton e um próton em um nêutron, essas forças se originam em muitas resistências, como decaimento radioativo, queima do sol, datação por radiocarbono, etc.

• Uma reação de fissão em uma usina nuclear fornece energia suficiente para abastecer grandes cidades.
• A reação de fusão no sol fornece ao nosso planeta toda a energia necessária para a sobrevivência dos organismos vivos.
• Uma reação de fissão descontrolada fornece a força destrutiva de uma bomba nuclear.