Lực lượng cơ bản: Lực lượng hạt nhân yếu

La Lực hạt nhân yếu nó là một trong bốn lực cơ bản của vật lý mà qua đó các hạt tương tác với nhau, cùng với lực mạnh, lực hấp dẫn và lực điện từ, Lực hạt nhân yếu này có cường độ yếu hơn nhiều. Tìm hiểu thêm về chủ đề thú vị này tại đây!

Lực lượng hạt nhân yếu

Lực lượng yếu là một trong bốn Lực lượng cơ bản của tự nhiên chi phối tất cả vật chất trong vũ trụ, ba lực còn lại là lực hấp dẫn, lực điện từ và lực mạnh, trong khi các lực khác giữ mọi vật lại với nhau, lực yếu đóng vai trò lớn hơn làm cho mọi vật vỡ ra hay tan rã.

Lực yếu, hoặc tương tác yếu, mạnh hơn nhiều so với lực hấp dẫn, nhưng chỉ an toàn trong khoảng cách rất ngắn, hoạt động ở cấp độ hạ nguyên tử và đóng một vai trò quan trọng trong việc nuôi dưỡng các ngôi sao và tạo ra các nguyên tố, cũng như chịu trách nhiệm cho phần lớn bức xạ tự nhiên hiện có trong vũ trụ.

Vào năm 1933, nhà vật lý người Ý Enrico Fermi đã nghĩ về một giả thuyết biểu hiện sự phân rã beta, đó là quá trình một neutron trong hạt nhân biến thành một proton và đẩy ra một electron, thường được gọi là hạt beta trong bối cảnh này.

Ông đã định nghĩa một loại lực mới, cái gọi là lực tương tác yếu, chịu trách nhiệm cho sự phân rã và quá trình cơ bản của nó là biến đổi một neutron thành một proton, một electron và một neutrino, sau này được xác định là phản neutrino , Giulio Maltese đã viết., Một nhà sử học vật lý người Ý, về các hạt của con người.

Theo Maltese, Fermi ban đầu nói rằng điều này ngụ ý điều tương tự như khoảng cách bằng không hoặc lực mà hai hạt sẽ phải tiếp xúc để lực tiến hành, từ đó người ta khẳng định rằng lực yếu là lực hấp dẫn có tác dụng. trong một phạm vi khá ngắn, ít nhất là 0.1 phần trăm đường kính của một proton.

Tài sản

La Lực hạt nhân yếu Nó có một loạt các tính chất mà chúng tôi đề cập dưới đây, lực yếu khác với các lực khác:

Các loại tương tác

Có hai loại tương tác yếu được gọi là đỉnh, loại thứ nhất được gọi là "tương tác dòng điện" vì nó được trung gian bởi các hạt mang điện, nó là nguyên nhân gây ra hiện tượng phân rã beta.

Loại thứ hai được gọi là "tương tác dòng điện trung tính" vì nó được trung gian bởi một hạt trung hòa, nó là nguyên nhân gây ra sự lệch hướng của các neutrino, hai loại tương tác tuân theo các quy tắc chọn lọc khác nhau.

Tương tác hiện tại được tính phí

Trong kiểu tương tác dòng điện tích điện, lepton tích điện (chẳng hạn như electron hoặc muon, có điện tích -1) có thể hấp thụ boson W +, nghĩa là một hạt có điện tích +1 và từ chế độ đó trở thành hạt tương ứng. neutrino với điện tích 0 trong đó loại neutrino, tức là electron, muon hoặc tau giống với loại lepton trong tương tác.

Tương tự, một loại hạt quark có điện tích - ¹ / ₃  có thể được chuyển đổi thành quark loại lên, với điện tích + ² / ₃ ), bằng cách phát hành một W^–  boson hoặc hấp thụ một W⁺   Boson Chính xác hơn, quark loại xuống trở thành chồng chất lượng tử của các quark loại lên: nghĩa là, nó có cơ hội trở thành một trong ba quark loại lên, với các xác suất được đưa ra trong bảng ma trận.

Ngược lại, một quark ngược dòng có thể phát ra W⁺
boson, hoặc hấp thụ một W^– boson, và do đó trở thành một quark loại xuống.

Boson W không ổn định, vì vậy nó sẽ phân hủy nhanh chóng, với thời gian tồn tại rất ngắn, sự phân rã của boson W thành các sản phẩm khác có thể xảy ra với các xác suất khác nhau.

Trong cái gọi là phân rã beta của neutron, một quark xuống bên trong neutron biểu thị một W tiềm ẩn^– boson và do đó biến đổi thành quark up, biến neutron thành proton.

Do năng lượng tham gia vào quá trình, nghĩa là sự khác biệt về khối lượng giữa quark xuống và quark lên, W^– boson chỉ có thể trở thành một electron và một phản neutrino electron.

Tương tác dòng điện trung tính

Trong các tương tác dòng điện trung tính, một quark hoặc lepton (ví dụ, một electron hoặc một muon) phát ra hoặc hấp thụ một boson Z trung tính, chẳng hạn như W^± boson, boson cũng phân hủy nhanh chóng.

Không giống như tương tác dòng điện tích điện, mà các quy tắc lựa chọn bị giới hạn nghiêm ngặt bởi độ bất đối xứng, điện tích hoặc isospin yếu, dòng điện trung tính Z⁰ sự tương tác có thể làm cho hai fermion trong mô hình chuẩn bị lệch: hạt và phản hạt của bất kỳ điện tích nào, và sự tương đồng trái và phải, mặc dù cường độ của tương tác là khác nhau.

vi phạm đối xứng

Phá vỡ đối xứng là một hiện tượng trong đó những biến động nhỏ xảy ra trên một hệ thống đi qua một điểm tới hạn kết luận số phận của hệ thống bằng cách thiết lập những nhánh nào được thực hiện, đối với một trợ lý bên ngoài, không biết về những biến động, sự lựa chọn sẽ nảy sinh không công bằng.

Quá trình này được gọi là vi phạm đối xứng, bởi vì các quá trình chuyển đổi như vậy thường chuyển hệ thống từ trạng thái đối xứng nhưng bị mất trật tự trong một hoặc nhiều điều kiện cụ thể, nhiễu loạn đối xứng được cho là đóng một vai trò quan trọng trong các mẫu.

Với sự phá vỡ đối xứng trực tiếp, các phương trình hiện tại của hệ thống là đứng yên, nhưng hệ thống không phải là do cơ sở của hệ thống không bất biến, sự phá vỡ đối xứng đó được tham số hóa bằng cách sử dụng tham số bậc, một trường hợp đặc biệt của loại giải tán đối xứng này là sự phá vỡ đối xứng động.

Thất bại đối xứng có thể bao gồm bất kỳ trường hợp nào sau đây:

• Vi phạm tính đối xứng chính xác cơ bản của các định luật vật lý thông qua sự hình thành ngẫu nhiên của một số cấu trúc.
• Một tình huống trong vật lý mà trạng thái năng lượng tối thiểu có ít đối xứng hơn chính hệ thống.
• Các tình huống trong đó trạng thái thực của hệ thống không phản ánh các đối xứng cơ bản của động lực học, vì trạng thái đối xứng rõ ràng là không ổn định và tính ổn định đạt được do không đối xứng cục bộ.
• Các tình huống trong đó phương trình của một lý thuyết có thể có một số đối xứng nhất định, nhưng các nghiệm của nó thì không, bởi vì các đối xứng là "ẩn".

Một trong những trường hợp đầu tiên về đối xứng bị phá vỡ được thảo luận trong các tài liệu vật lý liên quan đến hình dạng được tạo bởi một vật thể quay đều của một chất lỏng không nén được ở trạng thái cân bằng hấp dẫn và thủy tĩnh.

Cả Jacobi và Liouville đều đồng ý vào năm 1834 rằng ellipsoid ba trục là một giải pháp cân bằng cho vấn đề này, khi động năng so với năng lượng hấp dẫn của một vật thể đang quay vượt quá một giá trị tới hạn nhất định.

Đối xứng trục biểu diễn bởi hình cầu bị phá vỡ tại điểm nhánh này, hơn nữa, ở trên điểm nhánh này và đối với mômen động lượng không đổi, các nghiệm giảm thiểu động năng là elipsobi Jacobi không đối xứng trục thay vì hình cầu Maclaurin.

Ví dụ, hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ proton và neutron, và chúng ta cũng biết rằng tất cả các hạt hạ nguyên tử không phải là những vật thể bất biến, mà là chuyển đổi lẫn nhau, về cơ bản là kết quả của tương tác hạt nhân yếu.

Ví dụ, nơtron, có điện tích bằng không, có thể phân rã thành một proton và một điện tử có điện tích bằng nhau và ngược dấu, cộng với một hạt mới có điện tích bằng không, một phản neutrino, và tương tự, phản proton có thể phân rã thành một phản proton, một positron và một neutrino.

Lý thuyết hoặc Mô hình Electroweak

Lực yếu chỉ tác dụng trên những khoảng cách nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử, trong khi lực điện từ có thể kéo dài trên những khoảng cách lớn, như được thấy trong ánh sáng của Sao chạm tới toàn bộ thiên hà, chỉ mờ dần bằng bình phương khoảng cách.

Hơn nữa, so sánh độ mạnh của các tương tác cơ bản giữa hai proton, chẳng hạn, cho thấy lực yếu yếu hơn lực điện từ khoảng 10 triệu lần, tuy nhiên một trong những khám phá lớn của thế kỷ XNUMX là hai lực này là các khía cạnh khác nhau của một lực rò điện cơ bản hơn.

Lý thuyết điện yếu phát sinh chủ yếu từ những nỗ lực tạo ra lý thuyết đo tự nhất quán của lực yếu, tương tự với điện động lực học lượng tử, lý thuyết hiện đại thành công về lực điện từ được phát triển trong những năm 1940.

Có hai yêu cầu cơ bản đối với lý thuyết đo lực yếu, thứ nhất, nó phải thể hiện một phép đối xứng toán học cơ bản, được gọi là bất biến khổ, sao cho tác dụng của lực là như nhau tại các điểm khác nhau trong không gian và thời gian. Thứ hai, lý thuyết phải có thể tái chuẩn hóa, nghĩa là nó không được chứa các đại lượng vô hạn phi vật lý.

Ví dụ hàng ngày về các thay đổi hạt nhân

Ví dụ rõ ràng nhất về Lực hạt nhân yếu là liên kết của các proton, có bản chất là lực đẩy do mang điện tích dương. Ở quy mô lớn hơn, lực này chịu trách nhiệm về sức công phá khủng khiếp của vũ khí hạt nhân, giải phóng năng lượng khi kích nổ. Một vũ khí hạt nhân là do lực hạt nhân mạnh.

Điều quan trọng cần lưu ý là chúng cũng được sử dụng trong các thảm thực vật năng lượng hạt nhân để tạo ra nhiệt, điều này để tạo thành năng lượng, chẳng hạn như điện, Lực hạt nhân yếu Nó quản lý để chuyển đổi một neutron thành một proton và một proton thành neutron, những lực này bắt nguồn từ nhiều lực cản, chẳng hạn như phân rã phóng xạ, cháy mặt trời, xác định niên đại bằng carbon phóng xạ, v.v.

• Một phản ứng phân hạch trong nhà máy điện hạt nhân cung cấp đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho các thành phố lớn.
• Phản ứng nhiệt hạch trong mặt trời cung cấp cho hành tinh của chúng ta tất cả năng lượng cần thiết cho các sinh vật sống để tồn tại.
• Phản ứng phân hạch chạy trốn cung cấp sức công phá của một quả bom hạt nhân.