Temel Kuvvetler: Zayıf Nükleer Kuvvet

La Zayıf Nükleer Kuvvet güçlü bir kuvvet, yerçekimi ve elektromanyetizma ile birlikte parçacıkların birbirleriyle etkileşime girdiği fiziğin dört temel kuvvetinden biridir, bu Zayıf Nükleer Kuvvet çok daha zayıf bir yoğunluğa sahiptir. Bu ilginç konu hakkında daha fazla bilgiyi buradan öğrenin!

Zayıf Nükleer Kuvvet

Zayıf kuvvet dört kuvvetten biridir. Doğanın Temel Güçleri Evrendeki tüm maddeyi yöneten, diğer üçü yerçekimi, elektromanyetizma ve güçlü kuvvettir, diğer kuvvetler şeyleri bir arada tutarken, zayıf kuvvet şeylerin dağılmasında veya dağılmasında daha büyük bir rol oynar.

Zayıf kuvvet veya zayıf etkileşim, yerçekiminden çok daha güçlüdür, ancak yalnızca çok kısa mesafeler için güvenlidir, atom altı düzeyde hareket eder ve yıldızların beslenmesinde ve elementlerin yaratılmasında çok önemli bir rol oynar ve bunların çoğundan sorumludur. Evrende bulunan doğal radyasyon.

İtalyan fizikçi Enrico Fermi, 1933'te, bir çekirdekteki bir nötronun bir protona dönüştüğü ve bir elektronu çıkardığı, bu bağlamda genellikle bir beta parçacığı olarak adlandırılan süreç olan beta bozunmasını tezahür ettirmek için bir hipotez düşündü.

Bozulmadan sorumlu olan ve temel süreci bir nötronu bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya dönüştürmek olan ve daha sonra bir anti-nötrino olduğu belirlenen zayıf etkileşim adı verilen yeni bir kuvvet türü tanımladı. İtalyan fizik tarihçisi Giulio Maltese, insan parçacıkları üzerine yazdı.

Maltalılara göre, Fermi başlangıçta bunun kuvvetin devam etmesi için iki parçacığın temas halinde olması gereken sıfır mesafeye veya kuvvete benzeyen şeyi ima ettiğini belirtti, o zamandan beri zayıf kuvvetin çalışan çekici bir kuvvet olduğu doğrulandı. bir proton çapının en az yüzde 0.1'i kadar oldukça kısa bir aralıkta.

özellikleri

La Zayıf Nükleer Kuvvet Aşağıda bahsettiğimiz bir dizi özelliği vardır, zayıf kuvvet diğer kuvvetlerden farklıdır:

Etkileşim Türleri

Köşeler olarak adlandırılan iki tür zayıf etkileşim vardır, birinci tip "yüklü akım etkileşimi" olarak adlandırılır, çünkü buna elektrik yükü taşıyan parçacıklar aracılık eder, beta bozunması fenomeninden sorumludur.

İkinci tip "nötr akım etkileşimi" olarak adlandırılır çünkü nötr bir parçacık aracılık eder, nötrinoların sapmasından sorumludur, iki etkileşim türü farklı seçim kurallarını takip eder.

Yüklü Akım Etkileşimi

Yüklü bir akım tipi etkileşimde, yüklü bir lepton (-1 yükü olan bir elektron veya bir müon gibi) bir W+ bozonunu emebilir, yani +1 yüklü bir parçacık ve bu moddan karşılık gelen bir parçacık haline gelir. nötrino tipinin, yani elektron, müon veya tau'nun etkileşimdeki lepton tipi ile aynı olduğu, 0 yüklü nötrino.

Benzer şekilde, yükü olan bir aşağı kuark türü - ¹ / ₃  + yük ile yukarı-tip kuarklara dönüştürülebilir. ² / ₃ ), bir W vererek^-  bozon veya bir W soğurma⁺   Bozon Daha kesin olarak, aşağı-tipi kuark, yukarı-tipi kuarkların bir kuantum süperpozisyonu haline gelir: yani, matris tablolarında verilen olasılıklarla, üç yukarı-tipi kuarktan biri olma şansına sahiptir.

Buna karşılık, bir yukarı akış kuark bir W yayabilir.⁺
bozon veya bir W absorbe^- bozon ve böylece bir aşağı tip kuark olur.

W bozonu kararsızdır, bu nedenle çok kısa bir ömürle hızla bozunur, bir W bozonunun başka ürünlere bozunması farklı olasılıklarla olabilir.

Bir nötronun sözde beta bozunmasında, nötron içindeki bir aşağı kuark, örtük bir W'yi ifade eder.^- bozona dönüşür ve bu nedenle bir yukarı kuark'a dönüşür, nötronu bir protona dönüştürür.

Süreçte yer alan enerji nedeniyle, yani aşağı kuark ile yukarı kuark arasındaki kütle farkı nedeniyle, W^- bozon sadece bir elektron ve bir elektron antinötrino olabilir.

Nötr Akım Etkileşimi

Nötr akım etkileşimlerinde, bir kuark veya lepton (örneğin, bir elektron veya bir müon), W gibi bir nötr Z bozonu yayar veya soğurur.^± bozonlar, bozon da hızla bozunur.

Seçim kuralları kiralite, elektrik yükü veya zayıf izospin ile kesin olarak sınırlanan yüklü akım etkileşiminin aksine, nötr akım Z⁰ etkileşim, standart modelde iki fermiyonun sapmasına neden olabilir: etkileşimin gücü farklı olsa da, herhangi bir elektrik yüküne sahip parçacıklar ve antiparçacıklar ve sol ve sağ kiralite.

simetri ihlali

Simetri kırılması, kritik bir noktadan geçen bir sistem üzerinde ilerleyen küçük çalkantıların, hangi dalların alındığını belirleyerek sistemin kaderini belirlediği bir olgudur, dışarıdan bir asistan, çalkantılardan habersiz, seçim haksız yere çıkacaktır.

Bu sürece simetri ihlali denir, çünkü bu tür geçişler genellikle sistemi bir veya daha fazla belirli koşul altında simetrik fakat düzensiz bir durumdan aktarır, simetrideki bozulmaların desenlerde önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir.

Doğrudan simetri kırılmasında, sistemin mevcut denklemleri durağandır, ancak sistem, sistemin temelinin değişmez olmaması nedeniyle değildir, bu tür simetri kırılması, sıra parametresi kullanılarak parametreleştirilir, bu tür simetri çözünmesinin özel bir durumu, dinamik simetri kırılması.

Simetri hatası aşağıdaki senaryolardan herhangi birini kapsayabilir:

• Bazı yapıların rastgele oluşumu yoluyla fizik yasalarının altında yatan tam simetrinin ihlali.
• Minimum enerji durumunun sistemin kendisinden daha az simetriye sahip olduğu fizikteki bir durum.
• Açıkça simetrik olan durum kararsız olduğundan ve yerel asimetri nedeniyle kararlılık sağlandığından, sistemin gerçek durumunun dinamiklerin temel simetrilerini yansıtmadığı durumlar.
• Bir teorinin denkleminin belirli simetrilere sahip olabileceği, ancak simetrilerin "gizli" olduğu için çözümlerinin olmadığı durumlar.

Fiziksel literatürde tartışılan ilk kırık simetri durumlarından biri, yerçekimi ve hidrostatik dengede sıkıştırılamaz bir akışkanın düzgün dönen gövdesi tarafından alınan şekil ile ilgilidir.

Hem Jacobi hem de Liouville, 1834'te, dönen bir cismin yerçekimi enerjisine kıyasla kinetik enerjisi belirli bir kritik değeri aştığında, üç eksenli bir elipsoidin bu soruna bir denge çözümü olduğu konusunda hemfikirdi.

Küresellerin temsil ettiği eksenel simetri, bu dal noktasında, ayrıca bu dal noktasının üzerinde kırılır ve sabit açısal momentum için, kinetik enerjiyi en aza indiren çözümler, Maclaurin'in sferoidleri yerine eksenel olarak simetrik olmayan Jacobi elipsoidleridir.

Örneğin atom çekirdeği, protonlardan ve nötronlardan oluşur ve tüm atom altı parçacıkların değişmez nesneler olmadığını, esasen zayıf nükleer etkileşimlerin bir sonucu olarak birbirlerini dönüştürmeyi başardıklarını da biliyoruz.

Örneğin, sıfır elektrik yüküne sahip olan nötron, bir protona ve eşit ve zıt yüklere sahip bir elektrona, artı sıfır yüklü yeni bir parçacığa, bir antineutrinoya bozunabilir ve benzer şekilde, antinötron bir antiprotona, bir pozitron'a bozunabilir. ve bir nötrino.

Elektrozayıf Teori veya Model

Zayıf kuvvet sadece atom çekirdeğinden daha küçük mesafeler boyunca etki ederken, elektromanyetik kuvvet, ışığın ışığında görüldüğü gibi büyük mesafeler boyunca yayılabilir. yıldız tüm galaksilere ulaşan, yalnızca uzaklığın karesi ile solan.

Ayrıca, örneğin iki proton arasındaki temel etkileşimlerin kuvvetinin karşılaştırılması, zayıf kuvvetin elektromanyetik kuvvetten yaklaşık 10 milyon kat daha zayıf olduğunu ortaya koymaktadır, ancak XNUMX. yüzyılın en büyük keşiflerinden biri, bu iki kuvvetin birbirine bağlı olduğudur. tek, daha temel bir elektrik kaçağı kuvvetinin farklı yönleri.

Elektrozayıf teori, 1940'larda geliştirilen elektromanyetik kuvvetin başarılı modern teorisi olan kuantum elektrodinamiğine benzer şekilde, zayıf kuvvetin kendi içinde tutarlı bir ayar teorisini üretme girişimlerinden doğdu.

Zayıf kuvvetin ayar teorisi için iki temel gereklilik vardır, ilk olarak, kuvvetin etkileri uzay ve zamanda farklı noktalarda aynı olacak şekilde, ayar değişmezliği adı verilen temel bir matematiksel simetri sergilemelidir. İkincisi, teori yeniden normalleştirilebilir olmalı, yani fiziksel olmayan sonsuz nicelikler içermemelidir.

Nükleer Değişikliklerin Gündelik Örnekleri

Zayıf Nükleer Kuvvetin en bariz örneği, pozitif yükleri nedeniyle doğaları gereği itici olan protonların bağlanmasıdır.Daha büyük ölçekte, bu kuvvet nükleer silahların muazzam yıkıcı gücünden, patlatıldığında enerji açığa çıkmasından sorumludur. Bir nükleer silah, güçlü nükleer kuvvetlerden kaynaklanır.

Aynı şekilde nükleer enerji bitki örtüsünde ısı oluşturmak için kullanıldıklarını, bunun elektrik gibi enerjiyi oluşturmak için bir Zayıf Nükleer Kuvvet Bir nötronu bir protona ve bir protonu bir nötrona dönüştürmeyi başarır, bu kuvvetler radyoaktif bozunma, güneş yanması, radyokarbon tarihlemesi gibi birçok dirençten kaynaklanır.

• Bir nükleer santraldeki bir fisyon reaksiyonu, büyük şehirlere güç sağlamak için yeterli enerji sağlar.
• Güneşteki füzyon reaksiyonu, gezegenimize canlı organizmaların hayatta kalması için ihtiyaç duyduğu tüm enerjiyi sağlar.
• Kontrolden çıkmış bir fisyon reaksiyonu, bir nükleer bombanın yıkıcı gücünü sağlar.