La Слабое ядерное взаимодействие это одна из четырех фундаментальных физических сил, посредством которых частицы взаимодействуют друг с другом, наряду с сильным взаимодействием, гравитацией и электромагнетизмом, эта Слабая ядерная сила имеет гораздо меньшую интенсивность. Узнайте больше об этой интересной теме здесь!
Слабое ядерное взаимодействие
Слабое взаимодействие является одним из четырех Фундаментальные силы природы которые управляют всей материей во вселенной, остальные три — это гравитация, электромагнетизм и сильное взаимодействие, в то время как другие силы удерживают вещи вместе, слабое взаимодействие играет большую роль в том, что вещи разваливаются или разваливаются.
Слабое взаимодействие, или слабое взаимодействие, намного сильнее гравитации, но безопасно только на очень коротких расстояниях, действует на субатомном уровне и играет решающую роль в воспитании звезд и создании элементов, а также отвечает за большую часть естественное излучение, присутствующее во Вселенной.
Итальянский физик Энрико Ферми в 1933 году обдумывал гипотезу проявления бета-распада, то есть процесса, при котором нейтрон в ядре превращается в протон и выбрасывает электрон, часто называемый в этом контексте бета-частицей.
Он определил новый тип силы, так называемое слабое взаимодействие, которое было ответственно за распад и фундаментальный процесс которого заключался в превращении нейтрона в протон, электрон и нейтрино, которое позже было определено как антинейтрино. , писал Джулио Мальтезе, итальянский историк физики, о частицах человека.
Согласно Мальтезе, Ферми первоначально заявил, что это подразумевает то, что напоминает нулевое расстояние или силу, с которой две частицы должны были бы соприкоснуться, чтобы сила действовала, с тех пор было подтверждено, что слабое взаимодействие — это сила притяжения, которая действует в довольно коротком диапазоне не менее 0.1 процента диаметра протона.
свойства
La Слабое ядерное взаимодействие Оно обладает рядом свойств, о которых мы упомянем ниже. Слабое взаимодействие отличается от других взаимодействий:
- Это единственная сила, нарушающая четную симметрию (P).
- Это единственная сила, которая нарушает симметрию зарядовой четности (CP).
- Это единственное взаимодействие, которое может изменить один тип кварка на другой или его вкус.
- Слабое взаимодействие распространяется частицами-носителями, имеющими значительные массы (приблизительно 90 ГэВ/c).
Ключевым квантовым числом для хрупких взаимодействующих частиц является физическое свойство, известное как слабый изоспин, которое сродни роли электрической центрифуги в электромагнитном взаимодействии и цветового заряда в сильном взаимодействии.
Это величина, которая сохраняется, именно по этой причине любое слабое взаимодействие будет иметь сумму полного изоспина как в конце взаимодействия, так и в начале взаимодействия.
Следующие частицы имеют слабый изоспин + 1 / 2:
- электронное нейтрино
- мюонное нейтрино
- тау-нейтрино
- Вставай
- кварковое очарование
- высший кварк
Следующие частицы имеют слабый изоспин – 1 / 2:
- электрон
- мюонов
- тау
- кварцевать
- странный кварк
- кварковый фон
Бозоны Z и W намного массивнее других метровых бозонов, передающих другие силы, частицы настолько массивны, что в большинстве случаев распадаются очень быстро.
Слабое взаимодействие было связано вместе с электромагнитным взаимодействием как единая фундаментальная сила электродепрессии, которая заявлена при высоких энергиях, например, обнаруженных внутри ускорителей частиц.
Эта объединяющая работа была удостоена Нобелевской премии по физике 1979 года, а последующая работа, показывающая перенормируемость математических основ электрослабого взаимодействия, была удостоена Нобелевской премии по физике 1999 года.
Типы взаимодействий
Есть два типа слабого взаимодействия, которые называются вершинами, первый тип называется «взаимодействием заряженного тока», потому что оно опосредуется частицами, несущими электрический заряд, оно отвечает за явление бета-распада.
Второй тип называется «взаимодействие нейтральных токов», потому что он опосредован нейтральной частицей, он отвечает за отклонение нейтрино, два типа взаимодействия подчиняются разным правилам отбора.
Заряженное текущее взаимодействие
При взаимодействии с заряженным током заряженный лептон (такой как электрон или мюон, имеющий заряд -1) может поглотить бозон W+, т. е. частицу с зарядом +1, и из этого режима стать соответствующим нейтрино с зарядом 0, где тип нейтрино, т. е. электрон, мюон или тау, совпадает с типом лептона при взаимодействии.
Точно так же тип нижнего кварка с зарядом - 1 / 3 может быть преобразован в кварк верхнего типа с зарядом + 2 / 3 ), выдав W– бозон или поглощающий W+ Бозон Точнее, кварк нижнего типа становится квантовой суперпозицией кварков верхнего типа: то есть у него есть шанс стать одним из трех кварков верхнего типа с вероятностью, указанной в матричных таблицах.
Напротив, восходящий кварк может излучать W+
бозон или поглотить W– бозоном и, таким образом, становится кварком нижнего типа.
Бозон W нестабилен, поэтому он будет распадаться быстро, с очень коротким временем жизни, распад бозона W на другие продукты может произойти с разной вероятностью.
В так называемом бета-распаде нейтрона нижний кварк внутри нейтрона выражает неявное W– бозон и, следовательно, превращается в ап-кварк, превращая нейтрон в протон.
Из-за энергии, вовлеченной в процесс, т. е. разницы масс нижнего и верхнего кварков, W– бозон может стать только электроном и электронным антинейтрино.
Нейтральное текущее взаимодействие
При нейтральном токовом взаимодействии кварк или лептон (например, электрон или мюон) испускает или поглощает нейтральный Z-бозон, такой как W± бозоны, бозон также быстро распадается.
В отличие от взаимодействия заряженного тока, правила отбора которого строго ограничены хиральностью, электрическим зарядом или слабым изоспином, нейтральный ток Z0 взаимодействие может вызвать отклонение двух фермионов в стандартной модели: частиц и античастиц любого электрического заряда, а также левой и правой хиральности, хотя сила взаимодействия различается.
нарушение симметрии
Нарушение симметрии — это явление, при котором небольшие перевороты, происходящие на системе, проходящей через критическую точку, решают судьбу системы, устанавливая, какие ветви взяты, для внешнего помощника, не подозревающего о переворотах, выбор встанет несправедливо.
Этот процесс называется нарушением симметрии, потому что такие переходы обычно переводят систему из симметричного, но неупорядоченного состояния при одном или нескольких определенных условиях, считается, что нарушения симметрии играют важную роль в закономерностях.
При прямом нарушении симметрии текущие уравнения системы стационарны, но система не обусловлена неинвариантностью базиса системы, такое нарушение симметрии параметризуется с помощью параметра порядка, частным случаем этого типа нарушения симметрии является нарушение динамической симметрии.
Нарушение симметрии может охватывать любой из следующих сценариев:
- Нарушение точной симметрии, лежащей в основе законов физики, путем случайного образования некоторой структуры.
- Ситуация в физике, когда состояние с минимальной энергией имеет меньшую симметрию, чем сама система.
- Ситуации, в которых реальное состояние системы не отражает основных симметрий динамики, так как явно симметричное состояние неустойчиво, а устойчивость достигается за счет локальной асимметрии.
- Ситуации, в которых уравнение теории может иметь определенные симметрии, а его решения — нет, потому что симметрии «скрыты».
Один из первых случаев нарушения симметрии, обсуждаемый в физической литературе, касается формы, которую принимает однородное вращающееся тело из несжимаемой жидкости, находящееся в гравитационном и гидростатическом равновесии.
И Якоби, и Лиувилль в 1834 г. согласились, что трехосный эллипсоид является равновесным решением этой проблемы, когда кинетическая энергия по сравнению с гравитационной энергией вращающегося тела превышает определенное критическое значение.
Осевая симметрия, представляемая сфероидами, в этой точке ветвления нарушается, более того, выше этой точки ветвления и при постоянном угловом моменте решения, минимизирующие кинетическую энергию, представляют собой аксиально-несимметричные эллипсоиды Якоби вместо сфероидов Маклорена.
Атомные ядра, например, состоят из протонов и нейтронов, и мы также знаем, что все субатомные частицы не являются неизменными объектами, а способны преобразовывать друг друга, по существу, в результате слабых ядерных взаимодействий.
Например, нейтрон, имеющий нулевой электрический заряд, может распасться на протон и электрон с равными и противоположными зарядами, плюс на новую частицу с нулевым зарядом, антинейтрино, и аналогично антинейтрон может распасться на антипротон, позитрон. и нейтрино.
Электрослабая теория или модель
Слабое взаимодействие действует только на расстояниях, меньших, чем атомное ядро, в то время как электромагнитное взаимодействие может распространяться на большие расстояния, как видно в свете Число звезд: которые достигают целых галактик, исчезая только пропорционально квадрату расстояния.
Кроме того, сравнение силы фундаментальных взаимодействий между двумя протонами, например, показывает, что слабое взаимодействие примерно в 10 миллионов раз слабее, чем электромагнитное взаимодействие, однако одно из главных открытий XNUMX-го века состояло в том, что эти два взаимодействия различные аспекты одной, более фундаментальной силы утечки электричества.
Электрослабая теория возникла в основном из попыток создать самосогласованную калибровочную теорию слабого взаимодействия по аналогии с квантовой электродинамикой, успешной современной теорией электромагнитного взаимодействия, разработанной в 1940-х годах.
К калибровочной теории слабого взаимодействия предъявляются два основных требования: во-первых, она должна демонстрировать лежащую в основе математическую симметрию, называемую калибровочной инвариантностью, так что эффекты силы одинаковы в разных точках пространства и времени. Во-вторых, теория должна быть перенормируемой, т. е. не должна содержать нефизических бесконечных величин.
Повседневные примеры ядерных изменений
Самый очевидный пример Слабой Ядерной Силы - связывание протонов, которые имеют отталкивающий характер из-за своего положительного заряда.В более широком масштабе эта сила ответственна за огромную разрушительную силу ядерного оружия, выделение энергии при детонации .Ядерное оружие связано с сильными ядерными силами.
Важно отметить, что так же, как они используются в атомной энергетике для создания тепла, это для того, чтобы формировать энергию, такую как электричество, Слабое ядерное взаимодействие Ему удается преобразовать нейтрон в протон и протон в нейтрон, эти силы возникают из-за многих сопротивлений, таких как радиоактивный распад, выгорание на солнце, радиоуглеродное датирование и т. д.
- Реакция деления на атомной электростанции дает достаточно энергии для питания больших городов.
- Реакция синтеза на Солнце обеспечивает нашу планету всей энергией, необходимой для выживания живых организмов.
- Неуправляемая реакция деления обеспечивает разрушительную силу ядерной бомбы.