La Forță nucleară slabă este una dintre cele patru forțe fundamentale ale fizicii prin care particulele interacționează între ele, alături de o forță puternică, gravitație și electromagnetism, această Forță Nucleară Slabă are o intensitate mult mai slabă. Află mai multe despre acest subiect interesant aici!
Forța nucleară slabă
Forța slabă este una dintre cele patru Forțele fundamentale ale naturii care guvernează toată materia din univers, celelalte trei sunt gravitația, electromagnetismul și forța puternică, în timp ce celelalte forțe țin lucrurile împreună, forța slabă joacă un rol mai important în destramarea sau destramarea lucrurilor.
Forța slabă, sau interacțiunea slabă, este mult mai puternică decât gravitația, dar este sigură doar pe distanțe foarte scurte, acționează la nivel subatomic și joacă un rol crucial în hrănirea stelelor și crearea elementelor, precum și fiind responsabilă pentru o mare parte din radiații naturale prezente în univers.
Fizicianul italian Enrico Fermi s-a gândit în 1933 la o ipoteză pentru a manifesta dezintegrarea beta, care este procesul prin care un neutron dintr-un nucleu se transformă într-un proton și ejectează un electron, adesea numit particulă beta în acest context.
El a definit un nou tip de forță, așa-numita interacțiune slabă, care a fost responsabilă de dezintegrare și al cărei proces fundamental a fost transformarea unui neutron într-un proton, un electron și un neutrin, care ulterior a fost determinat a fi un anti-neutrin. , a scris Giulio Maltese. , un istoric italian al fizicii, în particule de om.
Potrivit lui Maltese, Fermi a afirmat inițial că aceasta implică ceea ce seamănă cu o distanță zero sau o forță prin care cele două particule ar trebui să fie în contact pentru ca forța să continue, de atunci s-a confirmat că forța slabă este o forță atractivă care funcționează. într-un interval destul de scurt de cel puțin 0.1 la sută din diametrul unui proton.
Proprietăţi
La Forță nucleară slabă Are o serie de proprietăți pe care le menționăm mai jos, forța slabă fiind diferită de celelalte forțe:
- Este singura forță care încalcă simetria parității (P).
- Este singura forță care încalcă simetria parității sarcinii (CP).
- Este singura interacțiune care poate schimba un tip de quarc cu altul sau aroma lui.
- Forța slabă este propagată de particule purtătoare care au mase semnificative (aproximativ 90 GeV/c).
Numărul cuantic cheie pentru particulele fragile care interacționează este o proprietate fizică cunoscută sub numele de isospin slab, care este asemănătoare cu rolul jucat de centrifuga electrică în forța electromagnetică și sarcina de culoare în forța puternică.
Aceasta este o cantitate care este stocată, din acest motiv orice interacțiune slabă va avea o sumă a isospinului total la sfârșitul interacțiunii, precum și la începutul interacțiunii.
Următoarele particule au un isospin slab de + 1 / 2:
- neutrin electronic
- neutrin muon
- neutrinul tau
- Ridică-te
- farmec de quarc
- quarc de top
Următoarele particule au un isospin slab de - 1 / 2:
- Electron
- muon
- tau
- quark jos
- quarc ciudat
- fundal de quarc
Bosonii Z și W sunt mult mai masivi decât ceilalți bosoni metrici care mediază celelalte forțe, particulele sunt atât de masive încât se degradează foarte repede în majoritatea cazurilor.
Forța slabă a fost legată împreună cu forța electromagnetică ca o singură forță fundamentală de electrodepresie, care este declarată la energie mare, de exemplu, cele găsite în interiorul acceleratoarelor de particule.
Această lucrare unificatoare a fost distinsă cu Premiul Nobel pentru fizică în 1979, iar lucrările ulterioare pentru a arăta că fundamentele matematice ale forței electroslabe au fost renormalizabile a primit Premiul Nobel pentru fizică în 1999.
Tipuri de interacțiuni
Există două tipuri de interacțiuni slabe care se numesc vârfuri, primul tip se numește „interacțiune cu curent încărcat” deoarece este mediată de particule care poartă o sarcină electrică, este responsabilă de fenomenul de dezintegrare beta.
Al doilea tip se numește „interacțiune cu curent neutru” deoarece este mediat de o particulă neutră, este responsabil pentru deviația neutrinilor, cele două tipuri de interacțiune urmând reguli diferite de selecție.
Interacțiune cu curent încărcat
Într-un tip de interacțiune cu curent încărcat, un lepton încărcat (cum ar fi un electron sau un muon, care are o sarcină de -1) poate absorbi un boson W+, adică o particulă cu o sarcină de +1 și din acel mod devine un corespondent. neutrin cu sarcina 0 unde tipul de neutrin, adică electron, muon sau tau este același cu tipul de lepton din interacțiune.
În mod similar, un tip de cuarc down cu o sarcină de - 1 / 3 poate fi convertit într-un quarc de tip up, cu o sarcină de + 2 / 3 ), prin emiterea unui W- boson sau absorbind un W+ Boson Mai precis, quarcul de tip down devine o suprapunere cuantică a quarcilor de tip up: adică are șanse să devină unul dintre cei trei quarci de tip up, cu probabilitățile date în tabelele matriceale.
În schimb, un quarc din amonte poate emite un W+
boson sau absorb un W- boson și devine astfel un cuarc de tip down.
Bosonul W este instabil, deci se va descompune rapid, cu o durată de viață foarte scurtă, se poate întâmpla dezintegrarea unui boson W la alte produse, cu probabilități diferite.
În așa-numita dezintegrare beta a unui neutron, un cuarc down în interiorul neutronului exprimă un W implicit- boson și, prin urmare, se transformă într-un cuarc up, transformând neutronul într-un proton.
Datorită energiei implicate în proces, adică diferenței de masă dintre cuarcul down și cuarcul up, W- bosonul poate deveni doar un electron și un electron antineutrin.
Interacțiunea curentului neutru
În interacțiunile cu curent neutru, un quarc sau lepton (de exemplu, un electron sau un muon) emite sau absoarbe un boson Z neutru, cum ar fi W.± bosonii, bosonul se descompune și el rapid.
Spre deosebire de interacțiunea cu curent încărcat, ale cărei reguli de selecție sunt strict limitate de chiralitate, sarcină electrică sau isospin slab, curentul neutru Z0 interacțiunea poate determina devierea a doi fermioni din modelul standard: particule și antiparticule de orice sarcină electrică și chiralitate stânga și dreapta, deși puterea interacțiunii diferă.
încălcarea simetriei
Ruperea de simetrie este un fenomen în care micile răsturnări care se desfășoară pe un sistem care trece printr-un punct critic încheie soarta sistemului prin stabilirea ce ramuri sunt luate, pentru un asistent extern, neconștient de răsturnările, alegerea va apărea pe nedrept.
Acest proces se numește încălcarea simetriei, deoarece astfel de tranziții transferă, în general, sistemul dintr-o stare simetrică, dar dezordonată în una sau mai multe condiții specifice, se consideră că perturbările de simetrie joacă un rol important în tipare.
Cu ruperea directă a simetriei, ecuațiile curente ale sistemului sunt staționare, dar sistemul nu se datorează faptului că baza sistemului nu este invariabilă, o astfel de ruptură a simetriei este parametrizată folosind parametrul de ordine, un caz special al acestui tip de dizolvare a simetriei este ruperea simetriei dinamice.
Eșecul de simetrie poate acoperi oricare dintre următoarele scenarii:
- Încălcarea simetriei exacte care stă la baza legilor fizicii prin formarea aleatorie a unei structuri.
- O situație din fizică în care starea de energie minimă are mai puțină simetrie decât sistemul în sine.
- Situații în care starea reală a sistemului nu reflectă simetriile de bază ale dinamicii, deoarece starea clar simetrică este instabilă și stabilitatea se realizează datorită asimetriei locale.
- Situații în care ecuația unei teorii poate avea anumite simetrii, dar soluțiile sale nu, deoarece simetriile sunt „ascunse”.
Unul dintre primele cazuri de simetrie întreruptă discutat în literatura fizică se referă la forma luată de un corp uniform rotativ al unui fluid incompresibil în echilibru gravitațional și hidrostatic.
Atât Jacobi, cât și Liouville au convenit în 1834 că un elipsoid cu trei axe era o soluție de echilibru a acestei probleme, când energia cinetică în comparație cu energia gravitațională a unui corp în rotație depășea o anumită valoare critică.
Simetria axiala reprezentata de sferoizi este intrerupta in acest punct de ramificatie, in plus, deasupra acestui punct de ramificatie si pentru moment unghiular constant, solutiile care minimizeaza energia cinetica sunt elipsoizi Jacobi axial nesimetrici in locul sferoidelor lui Maclaurin.
Nucleele atomice, de exemplu, sunt formate din protoni și neutroni și, de asemenea, știm că toate particulele subatomice nu sunt obiecte imuabile, ci mai degrabă reușesc să se transforme unele pe altele, în esență ca urmare a interacțiunilor nucleare slabe.
De exemplu, neutronul, care are sarcină electrică zero, se poate descompune într-un proton și un electron cu sarcini egale și opuse, plus o nouă particulă cu sarcină zero, un antineutron și, în mod similar, antineutronul se poate descompune într-un antiproton, un pozitron. și un neutrin.
Teoria sau modelul electroslabilor
Forța slabă acționează numai pe distanțe mai mici decât nucleul atomic, în timp ce forța electromagnetică se poate extinde pe distanțe mari, așa cum se vede în lumina stele care ajung la galaxii întregi, estompându-se doar cu pătratul distanței.
În plus, compararea puterii interacțiunilor fundamentale dintre doi protoni, de exemplu, arată că forța slabă este de aproximativ 10 milioane de ori mai slabă decât forța electromagnetică, totuși una dintre descoperirile majore ale secolului al XX-lea a fost că aceste două forțe sunt diferite fațete ale unei singure, mai fundamentale forțe de scurgere electrică.
Teoria electroslabă a apărut în primul rând din încercările de a produce o teorie auto-consistentă a forței slabe, în analogie cu electrodinamica cuantică, teoria modernă de succes a forței electromagnetice dezvoltată în anii 1940.
Există două cerințe de bază pentru teoria gauge a forței slabe, în primul rând, trebuie să prezinte o simetrie matematică subiacentă, numită invarianță gauge, astfel încât efectele forței să fie aceleași în diferite puncte din spațiu și timp. În al doilea rând, teoria ar trebui să fie renormalizabilă, adică nu ar trebui să conțină cantități infinite nefizice.
Exemple zilnice de schimbări nucleare
Cel mai evident exemplu al Forței Nucleare Slabe este legarea protonilor, care sunt de natură respingătoare datorită încărcăturii lor pozitive.La scară mai mare, această forță este responsabilă de imensa putere distructivă a armelor nucleare, eliberarea de energie atunci când este detonată. o armă nucleară se datorează forțelor nucleare puternice.
Este important de menționat că, în același mod, ele sunt folosite în vegetațiile de energie nucleară pentru a crea căldură, aceasta pentru a forma energie, cum ar fi electricitatea, o Forță nucleară slabă Reușește să transforme un neutron într-un proton și un proton într-un neutron, aceste forțe provin din multe rezistențe, precum dezintegrarea radioactivă, arderea soarelui, datarea cu radiocarbon etc.
- O reacție de fisiune într-o centrală nucleară oferă suficientă energie pentru a alimenta orașele mari.
- Reacția de fuziune a soarelui oferă planetei noastre toată energia de care are nevoie pentru ca organismele vii să supraviețuiască.
- O reacție de fisiune fugitivă oferă forța distructivă a unei bombe nucleare.