Што такое слабое ўзаемадзеянне ў фізіцы?

Слабое ўзаемадзеянне - гэта адна з чатырох фундаментальных сіл, якія кіруюць ўсёй матэрыяй ў Сусвеце. Астатнія тры - сіла цяжару, электрамагнетызм і моцнае ўзаемадзеянне. У той час як іншыя сілы трымаюць рэчы разам, слабая сіла гуляе вялікую ролю ў іх разбурэнні.

Слабое ўзаемадзеянне мацней гравітацыі, але яно эфектыўна толькі на вельмі малых адлегласцях. Сіла дзейнічае на субатомных узроўні і гуляе вырашальную ролю ў забеспячэнні энергіяй зорак і стварэнні элементаў. Яна таксама адказвае за большую частку натуральнага выпраменьвання ў Сусвеце.

тэорыя Фермі

Італьянскі фізік Энрыка Фермі ў 1933 г. распрацаваў тэорыю для тлумачэння бэта-распаду - працэсу ператварэння нейтрона ў пратон і выцяснення электрона, які часта называюць у гэтым кантэксце бэта-часціцай. Ён вызначыў новы тып сілы, так званае слабое ўзаемадзеянне, якое адказвала за распад, фундаментальны працэс ператварэння нейтрона ў пратон, нейтрына і электрон, які пасля быў вызначаны як антинейтрино.

Фермі першапачаткова меркаваў, што мела месца нулявое адлегласць і счапленне. Дзве часціцы павінны былі датыкацца, каб сіла працавала. З тых часоў высветлілася, што слабое ўзаемадзеянне на самай справе з'яўляецца сілай прыцягнення, якая праяўляецца на надзвычай кароткай адлегласці, роўным 0,1% дыяметра пратона.

электрослабых сіла

У радыеактыўных распаду слабая сіла прыблізна ў 100 000 раз менш электрамагнітнай. Тым не менш, у цяперашні час вядома, што яна ўнутрана роўная электрамагнітнай, і гэтыя два відавочна розных з'явы, як мяркуюць, ўяўляюць сабой праявы адзінай электрослабых сілы. Гэта пацвярджаецца тым, што яны аб'ядноўваюцца пры энергіях больш за 100 ГэВ.

Часам кажуць, што слабое ўзаемадзеянне выяўляецца пры распадзе малекул. Аднак межмолекулрные сілы маюць электрастатычных прыроду. Яны былі выяўленыя Ван-дэр-Ваальса і носяць яго імя.

стандартная мадэль

Слабое ўзаемадзеянне ў фізіцы з'яўляецца часткай стандартнай мадэлі - тэорыі элементарных часціц, якая апісвае фундаментальную структуру матэрыі, выкарыстоўваючы набор элегантных раўнанняў. Згодна з гэтай мадэлі элементарныя часціцы, т. Е. Тое, што нельга падзяліць на больш дробныя часткі, з'яўляюцца будаўнічымі блокамі Сусвету.

Адной з такіх часціц з'яўляецца кварк. Навукоўцы не мяркуюць існавання чагосьці меншага, але яны ўсё роўна шукаюць. Існуе 6 тыпаў, або гатункаў кваркаў. Размесцім іх у парадку ўзрастання масы:

• верхні;
• ніжні;
• дзіўны;
• зачараваны;
• цудоўны;
• праўдзівы.

У розных камбінацыях яны ўтвараюць мноства разнастайных відаў субатомных часціц. Так, напрыклад, пратоны і нейтроны - вялікія часціцы атамнага ядра - складаюцца з трох кваркаў кожны. Два верхніх і ніжні складаюць пратон. Верхні і два ніжніх ўтвараюць нейтрон. Змена гатункі кварка можа змяніць пратон ў нейтрон, тым самым ператвараючы адзін элемент у іншы.

Іншым тыпам элементарных часціц з'яўляецца базон. Гэтыя часціцы - пераносчыкі ўзаемадзеяння, якія складаюцца з пучкоў энергіі. Фатоны з'яўляюцца адным з відаў базона, глюонную - іншым. Кожная з гэтых чатырох сіл з'яўляецца вынікам абмену пераносчыкамі ўзаемадзеяння. Моцнае ўзаемадзеянне ажыццяўляецца глюонную, а электрамагнітнае - фатонам. Гравитон тэарэтычна з'яўляецца пераносчыкам сілы цяжару, але ён не быў знойдзены.

W- і Z-базоны

Слабое ўзаемадзеянне пераносіцца W- і Z-базона. Гэтыя часціцы былі прадказана лаўрэатамі Нобелеўскай прэміі Стывенам Вайнберг, Шэлдан салам і Абдус Глешоу ў 60-я гады мінулага стагоддзі, а выявілі іх у 1983 годзе ў Еўрапейскай арганізацыі па ядзерных даследаваннях ЦЕРН.

W-базоны электрічным зараджаныя і абазначаюцца знакамі W ⁺ (станоўча зараджаны) і W ^- (адмоўна зараджаны). W-базон змяняе склад часціц. Выпускаючы з электрічным зараджаны W-базон, слабая сіла змяняе гатунак кварка, ператвараючы пратон ў нейтрон ці наадварот. Менавіта гэта выклікае ядзерны сінтэз і прымушае зоркі гарэць.

Дадзеная рэакцыя стварае больш цяжкія элементы, якія, у канчатковым выніку, выкідваюцца ў космас выбухамі звышновых, каб стаць будаўнічым матэрыялам для планет, раслін, людзей і ўсяго астатняга на Зямлі.

нейтральны ток

Z-базон нейтральны і нясе слабы нейтральны ток. Яго ўзаемадзеянне з часціцамі цяжка выявіць. Эксперыментальныя пошукі W- і Z-базона ў 1960-я гады прывялі вучоных да тэорыі, які спалучае электрамагнітную і слабую сілу ў адзіную «электрослабых». Аднак тэорыя патрабавала ад часціц-пераносчыкаў быць бязважкімі, а навукоўцы ведалі, што тэарэтычна W-базон павінен быць цяжкім, каб растлумачыць яго малую далёкасць. Тэарэтыкі аднеслі масу W на рахунак нябачнага механізму, названага механізмам Хігса, які прадугледжвае існаванне базона Хігса.

У 2012 годзе ЦЕРН паведаміў, што навукоўцы, выкарыстоўваючы самы вялікі ў свеце паскаральнік - Вялікі адронны коллайдер - назіралі новую часціцу, «адпаведную базон Хігса».

Бэта-распад

Слабое ўзаемадзеянне выяўляецца пры β-распадзе - працэсе, у якім пратон ператвараецца ў нейтрон і наадварот. Ён адбываецца, калі ў ядры з занадта вялікім лікам нейтронаў або пратонаў адзін з іх пераўтворыцца ў іншы.

Бэта-распад можа ажыццяўляцца адным з двух спосабаў:

1. Пры мінус-бэта-распадзе, часам запісваць як β ^- -распад, нейтрон расшчапляецца на пратон, антинейтрино і электрон.
2. Слабое ўзаемадзеянне выяўляецца пры распадзе атамных ядраў, часам запісваць як β ⁺ -распад, калі пратон расшчапляецца на нейтрон, нейтрына і пазітронна.

Адзін з элементаў можа ператварыцца ў іншы, калі адзін з яго нейтронаў спантанна ператвараецца ў пратон праз мінус-бэта-распад, або калі адзін з яго пратонаў спантанна ператвараецца ў нейтрон праз β ⁺ -распад.

Двайны бэта-распад адбываецца, калі ў ядры 2 пратона адначасова трансфармуюцца ў 2 нейтрона ці наадварот, у выніку чаго выпраменьваюцца 2 электрон-антинейтрино і 2 бэта-часціцы. У гіпатэтычным безнейтринном падвойным бэта-распадзе нейтрына не ўтворацца.

электронны захоп

Пратон можа ператварыцца ў нейтрон з дапамогай працэсу, званага электронным захопам або K-захопам. Калі ў ядры ёсць залішняя колькасць пратонаў у адносінах да ліку нейтронаў, электрон, як правіла, з унутранай электроннай абалонкі як быццам падае ў ядро. Электрон арбіталь захопліваецца матчыным ядром, прадуктамі чаго з'яўляюцца даччынае ядро і нейтрына. Атамны нумар атрыманага даччынага ядра памяншаецца на 1, але агульная колькасць пратонаў і нейтронаў застаецца тым жа.

тэрмаядзерная рэакцыя

Слабое ўзаемадзеянне прымае ўдзел у ядзерным сінтэзе - рэакцыі, якая забяспечвае энергіяй сонца і тэрмаядзерныя (вадародныя) бомбы.

Першым этапам у зліцці вадароду з'яўляецца сутыкненне двух пратонаў з дастатковай сілай, каб пераадолець ўзаемнае адштурхванне, іспытываемое імі з-за іх электрамагнітнага ўзаемадзеяння.

Калі абедзве часціцы размясціць блізка адзін да аднаго, моцнае ўзаемадзеянне можа звязваць іх. Гэта стварае нестабільную форму гелія ⁽² He), які мае ядро з двума пратонамі, у адрозненне ад устойлівай формы ⁽⁴ Ня), якая мае два нейтрона і два пратона.

На наступным этапе ў гульню ўступае слабое ўзаемадзеянне. З-за празмернасці пратонаў адзін з іх перажывае бэта-распад. Пасля гэтага, іншыя рэакцыі, уключаючы прамежкавае адукацыю і зліццё ³ Ня, у канчатковым рахунку, ўтвараюць стабільны ⁴ Ня.