La Šibka jedrska sila je ena od štirih temeljnih fizičnih sil, prek katerih delci medsebojno delujejo, skupaj z močno silo, gravitacijo in elektromagnetizmom ima ta Šibka jedrska sila veliko šibkejšo intenzivnost. Več o tej zanimivi temi izveste tukaj!
Šibka jedrska sila
Šibka sila je ena od štirih Temeljne sile narave ki upravljajo vso snov v vesolju, ostale tri so gravitacija, elektromagnetizem in močna sila, medtem ko druge sile držijo stvari skupaj, šibka sila igra večjo vlogo pri razpadanju ali razpadanju stvari.
Šibka sila ali šibka interakcija je veliko močnejša od gravitacije, vendar je varna le za zelo kratke razdalje, deluje na subatomski ravni in igra ključno vlogo pri negovanju zvezd in ustvarjanju elementov ter je odgovorna za velik del naravno sevanje v vesolju.
Italijanski fizik Enrico Fermi je leta 1933 razmišljal o hipotezi, da se manifestira beta razpad, ki je proces, s katerim se nevtron v jedru spremeni v proton in izvrže elektron, ki se v tem kontekstu pogosto imenuje beta delec.
Opredelil je novo vrsto sile, tako imenovano šibko interakcijo, ki je bila odgovorna za razpad in katere temeljni proces je bil preoblikovanje nevtrona v proton, elektron in nevtrino, ki je bil kasneje določen kot antinevtrino. , je zapisal Giulio Maltese, italijanski zgodovinar fizike, v delcih človeka.
Po Malteseju je Fermi sprva izjavil, da to pomeni tisto, kar je podobno ničelni razdalji ali sili, s katero bi morala biti delca v stiku, da bi sila nadaljevala, od takrat je bilo potrjeno, da je šibka sila privlačna sila, ki teče v dokaj kratkem območju vsaj 0.1 odstotka premera protona.
lastnosti
La Šibka jedrska sila Ima vrsto lastnosti, ki jih omenjamo spodaj, šibka sila se razlikuje od drugih sil:
- Je edina sila, ki krši paritetno simetrijo (P).
- Je edina sila, ki krši simetrijo nabojne parnosti (CP).
- To je edina interakcija, ki lahko spremeni eno vrsto kvarka v drugo ali njegov okus.
- Šibko silo širijo nosilni delci, ki imajo znatne mase (približno 90 GeV/c).
Ključno kvantno število za krhke medsebojno delujoče delce je fizična lastnost, znana kot šibek izospin, ki je podobna vlogi, ki jo ima električna centrifuga pri elektromagnetni sili in barvnem naboju pri močni sili.
To je količina, ki je shranjena, zato bo imela vsaka šibka interakcija vsoto celotnega izospina na koncu interakcije kot tudi na začetku interakcije.
Naslednji delci imajo šibek izospin + 1 / 2:
- elektronski nevtrino
- mionski nevtrino
- tau nevtrino
- Vstani
- kvarkov čar
- vrhunski kvark
Naslednji delci imajo šibek izospin od – 1 / 2:
- Electron
- Muon
- Tau
- kvark navzdol
- čuden kvark
- kvarkovo ozadje
Z in W bozona sta veliko bolj masivna od ostalih metrskih bozonov, ki posredujejo druge sile, delci so tako masivni, da v večini primerov zelo hitro razpadejo.
Šibka sila je bila povezana z elektromagnetno silo kot eno samo temeljno silo elektrodepresije, ki je deklarirana pri visoki energiji, na primer v pospeševalnikih delcev.
To združevalno delo je bilo leta 1979 nagrajeno z Nobelovo nagrado za fiziko, kasnejše delo, ki je pokazalo, da so matematični temelji elektrošibke sile mogoče ponovno normalizirati, pa je bilo leta 1999 nagrajeno z Nobelovo nagrado za fiziko.
Vrste interakcij
Obstajata dve vrsti šibke interakcije, ki ju imenujemo oglišča, prva vrsta se imenuje "interakcija napolnjenega toka", ker jo posredujejo delci, ki nosijo električni naboj, je odgovorna za pojav beta razpada.
Druga vrsta se imenuje "interakcija nevtralnega toka", ker jo posreduje nevtralen delec, je odgovoren za odklon nevtrinov, obe vrsti interakcije sledita različnim izbirnim pravilom.
Interakcija napolnjenega toka
Pri interakciji z nabitim tokom lahko nabiti lepton (kot je elektron ali mion, ki ima naboj -1) absorbira bozon W+, kar pomeni delec z nabojem +1, in iz tega načina postane ustrezen nevtrino z nabojem 0, kjer je vrsta nevtrina, to je elektron, mion ali tau, enaka vrsti leptona v interakciji.
Podobno je vrsta down kvarka z nabojem – 1 / 3 se lahko pretvori v kvark up-type, z nabojem + 2 / 3 ), z izdajo W- bozon ali absorbira W+ Bozon Natančneje, kvark nižjega tipa postane kvantna superpozicija kvarkov navzgornjega tipa: to pomeni, da ima možnost, da postane eden od treh kvarkov navzgor, z verjetnostmi, podanimi v tabelah matrik.
Nasprotno pa lahko zgornji kvark oddaja W+
bozon ali absorbira W- bozon in tako postane kvark navzdol.
Bozon W je nestabilen, zato bo hitro razpadel, z zelo kratko življenjsko dobo se lahko zgodi razpad W bozona na druge produkte, z različnimi verjetnostmi.
Pri tako imenovanem beta razpadu nevtrona spodnji kvark znotraj nevtrona izraža implicitni W- bozon in se zato pretvori v up kvark, pri čemer se nevtron pretvori v proton.
Zaradi energije, vključene v proces, to je razlike v masi med spodnjim in zgornjim kvarkom, je W- bozon lahko postane le elektron in elektronski antinevtrino.
Interakcija nevtralnega toka
Pri interakcijah z nevtralnim tokom kvark ali lepton (na primer elektron ali mion) oddaja ali absorbira nevtralni Z bozon, kot je W± bozon, bozon tudi hitro razpada.
Za razliko od interakcije napolnjenih tokov, katerih pravila izbire so strogo omejena s kiralnostjo, električnim nabojem ali šibkim izospinom, je nevtralni tok Z0 interakcija lahko povzroči odstopanje dveh fermionov v standardnem modelu: delci in antidelci katerega koli električnega naboja ter leva in desna kiralnost, čeprav je moč interakcije različna.
kršitev simetrije
Kršitev simetrije je pojav, pri katerem majhni pretresi, ki potekajo na sistemu, ki gre skozi kritično točko, sklenejo usodo sistema z ugotavljanjem, katere veje so vzete, za zunanjega pomočnika, ki se ne zaveda pretresov, bo izbira nastala nepravično.
Ta proces se imenuje kršitev simetrije, ker takšni prehodi na splošno prenašajo sistem iz simetričnega, a neurejenega stanja pod enim ali več specifičnimi pogoji, menijo, da motnje simetrije igrajo pomembno vlogo pri vzorcih.
Z neposrednim lomljenjem simetrije so trenutne enačbe sistema stacionarne, vendar sistem ni posledica dejstva, da osnova sistema ni invariantna, taka kršitev simetrije je parametrizirana s parametrom reda, poseben primer te vrste raztapljanja simetrije je kršitev dinamične simetrije.
Napaka simetrije lahko zajema katerega koli od naslednjih scenarijev:
- Kršitev natančne simetrije, na kateri temeljijo zakoni fizike, z naključno tvorbo neke strukture.
- Situacija v fiziki, kjer ima minimalno energijsko stanje manjšo simetrijo kot sistem sam.
- Situacije, v katerih realno stanje sistema ne odraža osnovnih simetrij dinamike, saj je jasno simetrično stanje nestabilno in je stabilnost dosežena zaradi lokalne asimetrije.
- Situacije, v katerih ima enačba teorije lahko določene simetrije, njene rešitve pa ne, ker so simetrije »skrite«.
Eden prvih primerov porušene simetrije, o katerih se razpravlja v fizični literaturi, se nanaša na obliko, ki jo prevzame enotno vrteče se telo nestisljive tekočine v gravitacijskem in hidrostatičnem ravnotežju.
Tako Jacobi kot Liouville sta se leta 1834 strinjala, da je triosni elipsoid ravnotežna rešitev tega problema, ko je kinetična energija v primerjavi z gravitacijsko energijo vrtečega se telesa presegla določeno kritično vrednost.
Aksialna simetrija, ki jo predstavljajo sferoidi, je na tej točki razvejanja porušena, poleg tega so nad to točko razvejanja in za konstanten kotni moment rešitve, ki minimizirajo kinetično energijo, aksialno nesimetrični Jacobijevi elipsoidi namesto Maclaurinovih sferoidov.
Atomska jedra so na primer sestavljena iz protonov in nevtronov, vemo pa tudi, da vsi subatomski delci niso nespremenljivi objekti, ampak se uspejo preoblikovati, v bistvu kot posledica šibkih jedrskih interakcij.
Na primer, nevtron, ki ima nič električnega naboja, lahko razpade v proton in elektron enakih in nasprotnih nabojev ter nov delec z ničelnim nabojem, antinevtrino, in podobno lahko antinevtron razpade v antiproton, pozitron in nevtrino.
Teorija ali model elektrošibke
Šibka sila deluje samo na razdaljah, manjših od atomskega jedra, medtem ko se elektromagnetna sila lahko razširi na velike razdalje, kot je razvidno iz luči Zvezde ki dosežejo cele galaksije in bledijo le s kvadratom razdalje.
Poleg tega primerjava moči osnovnih interakcij med dvema protonoma, na primer, razkrije, da je šibka sila približno 10 milijonov krat šibkejša od elektromagnetne sile, vendar je bilo eno večjih odkritij XNUMX. stoletja, da sta ti dve sili različne vidike ene same, bolj temeljne električne uhajajoče sile.
Elektrošibka teorija je nastala predvsem iz poskusov izdelave samokonsistentne merilne teorije šibke sile, po analogiji s kvantno elektrodinamiko, uspešna sodobna teorija elektromagnetne sile, ki se je razvila v 1940. letih prejšnjega stoletja.
Obstajata dve osnovni zahtevi za teorijo merilne sile šibke sile, prvič, pokazati mora osnovno matematično simetrijo, imenovano invariantnost meril, tako da so učinki sile enaki na različnih točkah v prostoru in času. Drugič, teorija mora biti ponovno normalizirana, to pomeni, da ne sme vsebovati nefizičnih neskončnih količin.
Vsakodnevni primeri jedrskih sprememb
Najbolj očiten primer Šibke jedrske sile je vezava protonov, ki so zaradi svojega pozitivnega naboja odbijajoče narave, v večjem obsegu pa je ta sila odgovorna za ogromno uničevalno moč jedrskega orožja, sproščanje energije ob detonaciji. jedrsko orožje je posledica močnih jedrskih sil.
Pomembno je omeniti, da se na enak način uporabljajo v rastlinah jedrske energije za ustvarjanje toplote, to za tvorbo energije, kot je elektrika, Šibka jedrska sila Uspe mu pretvoriti nevtron v proton in proton v nevtron, te sile izvirajo iz številnih uporov, kot so radioaktivni razpad, sonce, radiokarbonsko datiranje itd.
- Reakcija cepitve v jedrski elektrarni zagotavlja dovolj energije za napajanje velikih mest.
- Reakcija fuzije na soncu zagotavlja našemu planetu vso energijo, ki jo potrebuje za preživetje živih organizmov.
- Pobegla reakcija cepitve zagotavlja uničevalno silo jedrske bombe.