Základné sily: Slabá jadrová sila

La Slabá jadrová sila je to jedna zo štyroch základných fyzikálnych síl, prostredníctvom ktorých častice na seba vzájomne pôsobia, spolu so silnou silou, gravitáciou a elektromagnetizmom má táto Slabá jadrová sila oveľa slabšiu intenzitu. Viac o tejto zaujímavej téme sa dozviete tu!

Slabé jadrové sily

Slabá sila je jedna zo štyroch Základné prírodné sily ktoré riadia všetku hmotu vo vesmíre, ďalšie tri sú gravitácia, elektromagnetizmus a silná sila, zatiaľ čo ostatné sily držia veci pohromade, slabá sila hrá väčšiu úlohu pri rozpade alebo rozpade vecí.

Slabá sila alebo slabá interakcia je oveľa silnejšia ako gravitácia, ale je bezpečná len na veľmi krátke vzdialenosti, pôsobí na subatomárnej úrovni a hrá kľúčovú úlohu pri výchove hviezd a vytváraní prvkov a je tiež zodpovedná za väčšinu prírodné žiarenie prítomné vo vesmíre.

Taliansky fyzik Enrico Fermi v roku 1933 premýšľal o hypotéze, ktorá mala prejaviť beta rozpad, čo je proces, pri ktorom sa neutrón v jadre zmení na protón a vyvrhne elektrón, ktorý sa v tejto súvislosti často nazýva beta častica.

Definoval nový typ sily, takzvanú slabú interakciu, ktorá bola zodpovedná za rozpad a ktorej základným procesom bola transformácia neutrónu na protón, elektrón a neutríno, ktoré bolo neskôr určené ako anti-neutríno. , napísal Giulio Maltese., taliansky historik fyziky, v časticiach človeka.

Podľa Malťana Fermi pôvodne uviedol, že to znamená niečo, čo sa podobá na nulovú vzdialenosť alebo silu, ktorou by sa obe častice museli dotýkať, aby sila mohla pokračovať, odvtedy sa potvrdilo, že slabá sila je príťažlivá sila, ktorá funguje. v pomerne krátkom rozsahu najmenej 0.1 percenta priemeru protónu.

vlastnosti

La Slabá jadrová sila Má rad vlastností, ktoré uvádzame nižšie, slabá sila sa líši od ostatných síl:

Typy interakcií

Existujú dva typy slabej interakcie, ktoré sa nazývajú vrcholy, prvý typ sa nazýva „interakcia nabitého prúdu“, pretože je sprostredkovaná časticami, ktoré nesú elektrický náboj, je zodpovedná za fenomén beta rozpadu.

Druhý typ sa nazýva „interakcia neutrálneho prúdu“, pretože je sprostredkovaná neutrálnou časticou, je zodpovedná za vychýlenie neutrín, dva typy interakcie sa riadia rôznymi pravidlami výberu.

Interakcia nabitého prúdu

Pri interakcii typu nabitého prúdu môže nabitý leptón (napríklad elektrón alebo mión, ktorý má náboj -1) absorbovať bozón W+, čo znamená časticu s nábojom +1 az tohto režimu sa stane zodpovedajúcim neutríno s nábojom 0, kde typ neutrína, teda elektrón, mión alebo tau je rovnaký ako typ leptónu v interakcii.

Podobne typ down kvarku s nábojom – ¹ / ₃  možno previesť na kvark typu up s nábojom + ² / ₃ ), vydaním W^-  bozón alebo absorbovanie W⁺   Bozón Presnejšie povedané, kvark typu down sa stáva kvantovou superpozíciou kvarkov typu up: to znamená, že má šancu stať sa jedným z troch kvarkov typu up s pravdepodobnosťami uvedenými v maticových tabuľkách.

Naproti tomu kvark proti prúdu môže emitovať W⁺
bozón alebo absorbovať W^- bozón, a tak sa stáva kvarkom downového typu.

W bozón je nestabilný, takže sa rozpadne rýchlo, s veľmi krátkou životnosťou, rozpad W bozónu na iné produkty môže nastať s rôznymi pravdepodobnosťami.

Pri takzvanom beta rozpade neutrónu vyjadruje down kvark vo vnútri neutrónu implicitné W^- bozón, a preto sa transformuje na up kvark, čím sa neutrón premení na protón.

V dôsledku energie obsiahnutej v procese, to znamená rozdielu v hmotnosti medzi kvarkom down a kvarkom up, W^- bozón sa môže stať iba elektrónom a elektrónovým antineutrínom.

Interakcia neutrálneho prúdu

Pri interakciách neutrálneho prúdu kvark alebo leptón (napríklad elektrón alebo mión) emituje alebo absorbuje neutrálny Z bozón, ako je W^± bozóny, bozón sa tiež rýchlo rozpadá.

Na rozdiel od interakcie nabitého prúdu, ktorej pravidlá výberu sú prísne obmedzené chiralitou, elektrickým nábojom alebo slabým izospinom, neutrálny prúd Z⁰ interakcia môže spôsobiť odchýlku dvoch fermiónov v štandardnom modeli: častice a antičastice akéhokoľvek elektrického náboja a ľavú a pravú chiralitu, hoci sila interakcie sa líši.

porušenie symetrie

Narúšanie symetrie je jav, pri ktorom malé prevraty prebiehajúce v systéme, ktorý prechádza kritickým bodom, uzatvárajú osud systému tým, že zisťujú, ktoré vetvy sú prijaté, pre externého asistenta, ktorý si nie je vedomý otrasov, bude výber nespravodlivý.

Tento proces sa nazýva narušenie symetrie, pretože takéto prechody vo všeobecnosti prenášajú systém zo symetrického, ale neusporiadaného stavu za jednej alebo viacerých špecifických podmienok, pričom sa predpokladá, že poruchy symetrie zohrávajú vo vzoroch dôležitú úlohu.

Pri priamom porušení symetrie sú súčasné rovnice systému stacionárne, ale systém nie je spôsobený tým, že základ systému nie je invariantný, takéto narušenie symetrie je parametrizované pomocou parametra poradia, špeciálnym prípadom tohto typu rozpúšťania symetrie je narušenie dynamickej symetrie.

Zlyhanie symetrie môže pokrývať ktorýkoľvek z nasledujúcich scenárov:

• Porušenie presnej symetrie, ktorá je základom fyzikálnych zákonov, prostredníctvom náhodného vytvárania nejakej štruktúry.
• Situácia vo fyzike, kde má minimálny energetický stav menšiu symetriu ako samotný systém.
• Situácie, v ktorých skutočný stav systému neodráža základné symetrie dynamiky, keďže jednoznačne symetrický stav je nestabilný a stabilita je dosiahnutá v dôsledku lokálnej asymetrie.
• Situácie, v ktorých rovnica teórie môže mať určité symetrie, ale jej riešenia nie, pretože symetrie sú „skryté“.

Jeden z prvých prípadov narušenej symetrie diskutovaný vo fyzickej literatúre sa týka tvaru, ktorý má rovnomerné rotujúce teleso nestlačiteľnej tekutiny v gravitačnej a hydrostatickej rovnováhe.

Jacobi aj Liouville sa v roku 1834 zhodli, že trojosový elipsoid je rovnovážnym riešením tohto problému, keď kinetická energia v porovnaní s gravitačnou energiou rotujúceho telesa presahuje určitú kritickú hodnotu.

Osová symetria reprezentovaná sféroidmi je v tomto bode vetvenia porušená, navyše nad týmto bodom vetvy a pre konštantný moment hybnosti sú riešenia, ktoré minimalizujú kinetickú energiu, osovo nesymetrické Jacobiho elipsoidy namiesto sféroidov Maclaurina.

Napríklad atómové jadrá sa skladajú z protónov a neutrónov a tiež vieme, že všetky subatomárne častice nie sú nemenné objekty, ale skôr sa dokážu navzájom transformovať, v podstate v dôsledku slabých jadrových interakcií.

Napríklad neutrón, ktorý má nulový elektrický náboj, sa môže rozpadnúť na protón a elektrón s rovnakým a opačným nábojom, plus nová častica s nulovým nábojom, antineutrino, a podobne sa antineutrón môže rozpadnúť na antiprotón, pozitrón. a neutríno.

Elektroslabá teória alebo model

Slabá sila pôsobí iba na vzdialenosti menšie ako atómové jadro, zatiaľ čo elektromagnetická sila sa môže šíriť na veľké vzdialenosti, ako je vidieť vo svetle hviezdy ktoré dosahujú celé galaxie a miznú len so štvorcom vzdialenosti.

Okrem toho porovnanie sily základných interakcií medzi dvoma protónmi, napríklad, odhaľuje, že slabá sila je asi 10 miliónov krát slabšia ako elektromagnetická sila, no jedným z hlavných objavov XNUMX. storočia bolo, že tieto dve sily sú rôzne aspekty jedinej, zásadnejšej elektrickej zvodovej sily.

Elektroslabá teória vznikla predovšetkým z pokusov vytvoriť samokonzistentnú meraciu teóriu slabej sily, analogicky s kvantovou elektrodynamikou, úspešnou modernou teóriou elektromagnetickej sily vyvinutou počas 1940. rokov XNUMX. storočia.

Existujú dve základné požiadavky na meraciu teóriu slabej sily, po prvé, musí vykazovať základnú matematickú symetriu, nazývanú meracia invariancia, takže účinky sily sú rovnaké v rôznych bodoch v priestore a čase. Po druhé, teória by mala byť renormalizovateľná, to znamená, že by nemala obsahovať nefyzikálne nekonečné množstvá.

Každodenné príklady jadrových zmien

Najzrejmejším príkladom Slabej jadrovej sily je viazanie protónov, ktoré sú svojou povahou odpudivé pre svoj kladný náboj.Vo väčšom meradle je táto sila zodpovedná za nesmiernu ničivú silu jadrových zbraní, uvoľnenie energie pri detonácii. jadrová zbraň je spôsobená silnými jadrovými silami.

Je dôležité poznamenať, že rovnakým spôsobom sa používajú vo vegetácii jadrovej energie na vytváranie tepla, a to na vytváranie energie, ako je elektrina, Slabá jadrová sila Dokáže premeniť neutrón na protón a protón na neutrón, tieto sily majú pôvod v mnohých odporoch, ako je rádioaktívny rozpad, horenie slnka, rádiokarbónové datovanie atď.

• Štiepna reakcia v jadrovej elektrárni poskytuje dostatok energie na napájanie veľkých miest.
• Fúzna reakcia na slnku poskytuje našej planéte všetku energiu, ktorú potrebujú živé organizmy na prežitie.
• Nepretržitá štiepna reakcia poskytuje ničivú silu jadrovej bomby.