La Слабкі ядерні сили це одна з чотирьох фундаментальних сил фізики, через які частинки взаємодіють один з одним, разом із сильною силою, гравітацією та електромагнетизмом, ця Слабка ядерна сила має набагато меншу інтенсивність. Дізнайтеся більше про цю цікаву тему тут!
Слабка ядерна сила
Слабка сила - одна з чотирьох Основні сили природи що керують всією матерією у Всесвіті, інші три - гравітація, електромагнетизм і сильна сила, тоді як інші сили утримують речі разом, слабка сила відіграє більшу роль у тому, що речі розпадаються або розпадаються.
Слабка сила, або слабка взаємодія, набагато сильніша за гравітацію, але безпечна лише на дуже коротких відстанях, діє на субатомному рівні та відіграє вирішальну роль у вихованні зірок і створенні елементів, а також відповідальна за більшу частину природне випромінювання, наявне у Всесвіті.
Італійський фізик Енріко Фермі в 1933 році подумав про гіпотезу про прояв бета-розпаду, який є процесом, за допомогою якого нейтрон в ядрі перетворюється на протон і викидає електрон, який у цьому контексті часто називають бета-часткою.
Він визначив новий тип сили, так звану слабку взаємодію, яка була відповідальною за розпад і основним процесом якої було перетворення нейтрона в протон, електрон і нейтрино, яке пізніше було визначено як антинейтрино. , писав Джуліо Мальтезе, італійський історик фізики, у частинках людини.
За словами Мальтезе, Фермі спочатку заявив, що це означає те, що нагадує нульову відстань або силу, з якою дві частинки повинні бути в контакті, щоб сила продовжувалась, відтоді було підтверджено, що слабка сила є силою притягання, яка діє. у досить короткому діапазоні, щонайменше, 0.1 відсотка діаметра протона.
Властивості
La Слабкі ядерні сили Вона має ряд властивостей, про які ми згадаємо нижче, слабка сила відрізняється від інших сил:
- Це єдина сила, яка порушує симетрію парності (P).
- Це єдина сила, яка порушує симетрію парності зарядів (CP).
- Це єдина взаємодія, яка може змінити один тип кварку на інший або його смак.
- Слабка сила поширюється частинками носія, які мають значні маси (приблизно 90 ГеВ/c).
Ключовим квантовим числом для крихких взаємодіючих частинок є фізична властивість, відома як слабкий ізоспін, яка схожа з роллю, яку відіграє електрична центрифуга в електромагнітній силі, а кольоровий заряд у сильній силі.
Це величина, яка зберігається, саме з цієї причини будь-яка слабка взаємодія матиме суму загального ізоспіну в кінці взаємодії, а також на початку взаємодії.
Наступні частинки мають слабкий ізоспін + 1 / 2:
- електронне нейтрино
- мюонне нейтрино
- тау-нейтрино
- Вставай
- кварковий шарм
- топ-кварк
Наступні частинки мають слабкий ізоспін – 1 / 2:
- Електронний
- Мюон
- Тау
- кварк вниз
- дивний кварк
- кварковий фон
Бозони Z і W набагато масивніші, ніж інші метрові бозони, які опосередковують інші сили, частинки настільки масивні, що в більшості випадків дуже швидко розпадаються.
Слабка сила була пов'язана разом з електромагнітною силою як єдиною фундаментальною силою електродепресії, яка декларується при високій енергії, наприклад, ті, що знаходяться всередині прискорювачів частинок.
Ця об’єднуюча робота була удостоєна Нобелівської премії з фізики 1979 року, а подальша робота, яка показала, що математичні основи електрослабкої сили можна перенормувати, була удостоєна Нобелівської премії з фізики 1999 року.
Типи взаємодій
Існують два типи слабкої взаємодії, які називаються вершинами, перший тип називається «взаємодія зарядженого струму», оскільки вона опосередковується частинками, які несуть електричний заряд, вона відповідає за явище бета-розпаду.
Другий тип називається «взаємодія нейтрального струму», оскільки він опосередковується нейтральною частинкою, він відповідає за відхилення нейтрино, два типи взаємодії підтримують різні правила відбору.
Взаємодія зарядженого струму
При взаємодії із зарядженим струмом заряджений лептон (наприклад, електрон або мюон, який має заряд -1) може поглинати бозон W+, тобто частинку із зарядом +1, і з цього режиму стати відповідним нейтрино із зарядом 0, де тип нейтрино, тобто електрон, мюон або тау, такий самий, як і тип лептона у взаємодії.
Аналогічно, тип даун-кварку із зарядом – 1 / 3 може бути перетворений в кварк верхнього типу із зарядом + 2 / 3 ), видавши W- бозон або поглинання W+ Бозон Точніше, кварк нижнього типу стає квантовою суперпозицією кварків верхнього типу: тобто він має шанс стати одним із трьох кварків верхнього типу з ймовірностями, наведеними в матричних таблицях.
На противагу цьому, верхній кварк може випромінювати W+
бозон, або поглинають W- бозон, і таким чином стає кварком даун-типу.
W-бозон нестабільний, тому він розпадеться швидко, з дуже коротким часом життя, розпад W-бозона на інші продукти може відбуватися з різною ймовірністю.
У так званому бета-розпаді нейтрона вниз-кварк всередині нейтрона виражає неявний W- бозон і тому перетворюється в ап-кварк, перетворюючи нейтрон в протон.
Завдяки енергії, яка бере участь у процесі, тобто різниці маси між нижнім і верхнім кварком, W- бозон може стати лише електроном і електронним антинейтрино.
Взаємодія нейтрального струму
При взаємодії нейтрального струму кварк або лептон (наприклад, електрон або мюон) випромінює або поглинає нейтральний Z-бозон, такий як W± бозонів, бозон також швидко розпадається.
На відміну від взаємодії зарядженого струму, правила вибору якої суворо обмежені хіральністю, електричним зарядом або слабким ізоспіном, нейтральний струм Z0 взаємодія може спричинити відхилення двох ферміонів у стандартній моделі: частинок і античастинок будь-якого електричного заряду, а також лівої та правої хіральності, хоча сила взаємодії різна.
порушення симетрії
Порушення симетрії - це явище, при якому невеликі потрясіння, що відбуваються в системі, що проходить через критичну точку, вирішують долю системи, встановлюючи, які гілки беруться, оскільки зовнішній помічник, який не підозрює про потрясіння, вибір стане несправедливим.
Цей процес називається порушенням симетрії, оскільки такі переходи зазвичай переводять систему із симетричного, але невпорядкованого стану за однієї або кількох конкретних умов, вважають, що порушення симетрії відіграють важливу роль у моделях.
При прямому порушенні симетрії поточні рівняння системи є стаціонарними, але система не зумовлена неінваріантністю базису системи, таке порушення симетрії параметризується за допомогою параметра порядку, окремим випадком такого типу розпаду симетрії є порушення динамічної симетрії.
Порушення симетрії може охоплювати будь-який з наступних сценаріїв:
- Порушення точної симетрії, що лежить в основі законів фізики, через випадкове утворення деякої структури.
- Ситуація у фізиці, коли мінімальний енергетичний стан має меншу симетрію, ніж сама система.
- Ситуації, в яких реальний стан системи не відображає основні симетрії динаміки, оскільки чітко симетричний стан є нестійким, а стабільність досягається за рахунок локальної асиметрії.
- Ситуації, в яких рівняння теорії може мати певну симетрію, а її розв’язки — ні, оскільки симетрії «приховані».
Один із перших випадків порушення симетрії, який обговорюється у фізичній літературі, стосується форми, яку приймає однорідне обертається тіло нестисливої рідини в гравітаційній та гідростатичній рівновазі.
І Якобі, і Ліувіль погодилися в 1834 році, що тривісний еліпсоїд є рівноважним рішенням цієї проблеми, коли кінетична енергія порівняно з енергією тяжіння тіла, що обертається, перевищує певне критичне значення.
Осьова симетрія, представлена сфероїдами, порушується в цій точці розгалуження, крім того, вище цієї точки розгалуження і для постійного кутового моменту рішеннями, які мінімізують кінетичну енергію, є аксіально несиметричні еліпсоїди Якобі замість сфероїдів Маклорена.
Атомні ядра, наприклад, складаються з протонів і нейтронів, і ми також знаємо, що всі субатомні частинки не є незмінними об’єктами, а скоріше примудряються перетворювати один одного, по суті, в результаті слабких ядерних взаємодій.
Наприклад, нейтрон, який має нульовий електричний заряд, може розпатися на протон і електрон рівних і протилежних зарядів, а також на нову частинку з нульовим зарядом, антинейтрино, і аналогічно антинейтрон може розпатися на антипротон, позитрон. і нейтрино.
Теорія або модель електрослабкості
Слабка сила діє лише на відстані, менші за атомне ядро, тоді як електромагнітна сила може поширюватися на великі відстані, як видно з світла Зірки які досягають цілих галактик, згасаючи лише з квадратом відстані.
Крім того, порівняння сили фундаментальних взаємодій між двома протонами, наприклад, показує, що слабка сила приблизно в 10 мільйонів разів слабша за електромагнітну, але одним з головних відкриттів XNUMX століття було те, що ці дві сили є різні аспекти однієї, більш фундаментальної сили електричного витоку.
Електрослабка теорія виникла насамперед із спроб створити самоузгоджену калібрувальну теорію слабкої сили, за аналогією з квантовою електродинамікою, успішною сучасною теорією електромагнітної сили, розробленою протягом 1940-х років.
Існують дві основні вимоги до калібрувальної теорії слабкої сили: по-перше, вона повинна демонструвати основну математичну симетрію, звану калібрувальною інваріантністю, так, щоб вплив сили був однаковим у різних точках простору та часу. По-друге, теорія повинна бути перенормована, тобто не повинна містити нефізичних нескінченних величин.
Повсякденні приклади ядерних змін
Найочевиднішим прикладом Слабкої ядерної сили є зв'язування протонів, які за своєю природою мають відштовхування через позитивний заряд. У більших масштабах ця сила відповідає за величезну руйнівну силу ядерної зброї, виділення енергії при підриві. Ядерна зброя виникає завдяки сильним ядерним силам.
Важливо зазначити, що так само вони використовуються в рослинності ядерної енергії для створення тепла, це для того, щоб утворити енергію, таку як електрика, Слабкі ядерні сили Їй вдається перетворити нейтрон в протон і протон в нейтрон, ці сили походять від багатьох опорів, таких як радіоактивний розпад, сонячне вигоряння, радіовуглецевий датування тощо.
- Реакція поділу на атомній електростанції забезпечує достатньо енергії для живлення великих міст.
- Реакція термоядерного синтезу на Сонці забезпечує нашу планету всією енергією, необхідною їй для виживання живих організмів.
- Реакція безперервного поділу забезпечує руйнівну силу ядерної бомби.