Wat is die swak interaksie in fisika?

Die swak interaksie - is een van die vier fundamentele kragte wat alle materie regeer in die heelal. Die ander drie - swaartekrag, elektromagnetisme, en die sterk interaksie. Terwyl ander kragte bymekaar te hou dinge, die swak krag speel 'n belangrike rol in hul vernietiging.

Die swak interaksie is sterker swaartekrag, maar dit is slegs doeltreffend teen 'n baie kort afstande. Krag op die subatomiese vlak, en speel 'n belangrike rol in die versekering van die energie van die sterre en die skep van elemente. Dit is ook verantwoordelik vir 'n groot deel van die natuurlike straling in die heelal.

Fermi teorie

Italiaanse fisikus Enrico Fermi in 1933, 'n teorie ontwikkel om die betaverval verduidelik - die proses van omskepping van 'n neutron in 'n proton en 'n elektron verplasing, dikwels in hierdie konteks, die beta deeltjie verwys. Hy omskryf 'n nuwe soort van krag, die sogenaamde swak interaksie, wat verantwoordelik was vir die ineenstorting, die fundamentele proses van transformasie van 'n neutron in 'n proton, 'n elektron en 'n neutrino, wat later geïdentifiseer as antineutrinos.

Fermi aanvanklik aangeneem dat daar 'n afstand van nul en die koppelaar. Twee deeltjies het belenden te dwing gewerk het. Aangesien dit duidelik geword dat die swak interaksie eintlik is 'n aantrekkingskrag, wat op sy beurt in 'n baie kort afstand manifesteer, gelykstaande aan 0,1% van 'n proton deursnee.

elektroswak krag

Die radio-aktiewe verval van die swak krag is sowat 100 000 keer kleiner as die elektromagnetiese. Dit is egter nou bekend dat dit intern elektromagnetiese, en hierdie twee duidelik verskillende verskynsels word geglo dat 'n manifestasie van 'n enkele elektroswak krag verteenwoordig. Dit word bevestig deur die feit dat hulle bymekaar kom by energie meer as 100 GeV.

Dit word soms gesê dat die swak interaksie gemanifesteer in die verval van molekules. Maar mezhmolekulrnye kragte is elektrostatiese in die natuur. Hulle ontdek deur Van der Waals en sy naam dra.

Die standaard model

Die swak interaksie in fisika is deel van die standaard model - elementêre deeltjie teorie, wat die fundamentele struktuur van materie beskryf, met behulp van 'n stel van elegante vergelykings. Volgens hierdie model die basiese deeltjies m. E. wat nie kan verdeel word in kleiner dele, is die boustene van die heelal.

Een so 'n deeltjie is kwark. Wetenskaplikes impliseer nie die bestaan van iets kleiner, maar hulle is nog steeds op soek na. Daar is 6 soorte of variëteite van kwarke. Plaas dit in volgorde van toenemende massa:

• bo;
• laer;
• land;
• betower;
• pragtige;
• waar.

In verskillende kombinasies, vorm hulle 'n wye verskeidenheid van tipes subatomiese deeltjies. Byvoorbeeld, protone en neutrone - groot deeltjies atoomkern - kwark bestaan uit drie elk. Twee boonste en onderste bestaan proton. Boonste en onderste twee vorm 'n neutron. kwark graad verandering kan proton verander na 'n neutron en sodoende een element transformasie na 'n ander.

Nog 'n tipe van deeltjie is 'n boson. Hierdie deeltjies - vektore interaksie, wat bestaan uit balke van energie. Fotone is 'n tipe van boson, gluons - die ander. Elkeen van hierdie vier kragte is die gevolg van die uitruil interaksie tussen draers. Sterk interaksie is gluon en elektromagnetiese - foton. Graviton teoreties is 'n draer van die krag van swaartekrag, maar dit was nie te vinde.

W- en Z-bosone

Swak interaksie bemiddel W- en Z-bosone. Hierdie deeltjies is voorspel deur Nobelpryswenners Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam en in die 60s van die vorige eeu, en bevind dat hulle in 1983 by die Europese Organisasie vir Kernnavorsing CERN.

W-bosone is elektries gelaaide en word aangedui deur W ⁺ (positief gelaaide) en W ^- (negatief gelaaide). W-boson verander die samestelling van die deeltjies. Afgee elektries gelaaide W-boson, kwark swak krag verander die graad, draai 'n proton in 'n neutron of andersom. Dit is wat veroorsaak dat kernfusie en maak sterre brand.

Hierdie reaksie skep swaarder elemente wat uiteindelik deur supernova ontploffings in die ruimte uitgeskiet, die boustene van planete, plante, mense en alles anders in die wêreld geword.

neutrale huidige

Z-boson is neutraal en het 'n swak neutrale stroom. Sy interaksie met die deeltjies is moeilik om te bepaal. Eksperimentele soektogte vir die W- en Z-bosone in die 1960's gelei wetenskaplikes om die teorie, die kombinasie van die elektromagnetiese en die swak krag in 'n enkele "elektroswak". Maar die teorie daarop aangedring dat die deeltjies-draers om gewig wees, maar wetenskaplikes het erken dat die W-boson teorie swaar om sy kort afstand verduidelik moet word. Teoretici gewig W gedryf rekening onsigbare meganisme genoem Higgs meganisme wat voorsiening maak vir die bestaan Higgs.

In 2012, CERN aangekondig dat wetenskaplikes met behulp van die wêreld se grootste versneller - die Large Hadron Collider - neem 'n nuwe deeltjie, "die Higgs boson gepas."

betaverval

Swak interaksie gemanifesteer in β-verval - 'n proses waarin 'n proton omgeskakel word na 'n neutron en omgekeerd. Dit vind plaas wanneer 'n kern met te veel neutrone of protone een van hulle tot bekering na die ander.

Betaverval gedoen kan word in een van twee maniere:

1. Wanneer beta-minus verval, soms as β geskryf ^- verval, neutron verdeel in 'n proton en 'n elektron antineutrino.
2. Swak interaksie word gekenmerk deur die verval van atoomkerne, soms geskryf as β ⁺ verval, wanneer die proton is verdeel in 'n neutron en positron neutrino.

Een van die elemente kan draai in die ander, toe een van sy neutron spontaan in 'n proton omskep via die negatiewe betaverval, of wanneer 'n mens van sy protone spontaan omskep in 'n neutron deur β ⁺ verval.

Double betaverval vind plaas wanneer 'n kern 2 op dieselfde tyd omskep in 'n proton neutron 2 of andersom, waar die elektron uitgestraal antineutrinos 2 2 en betadeeltjies. In die hipotetiese Neutrinoless dubbel betaverval van neutrino's gevorm word.

elektronvangs

Proton kan verander in 'n neutron deur 'n proses genaamd elektronvangs of K-opname. Wanneer die kern het 'n oormaat aantal protone in verhouding tot die aantal neutrone, elektrone, gewoonlik aan die binnekant van die elektron skil soos val in die kern. Electron orbitale gevang die moeder kern, die produkte wat die dogter kern en neutrino is. Die atoomgetal van die dogter kern verkry word decremented deur 1, maar die totale aantal protone en neutrone bly dieselfde.

thermo reaksie

Die swak interaksie betrokke is in kernfusie - die reaksie wat die energie van die son en thermo (waterstof) bom verskaf.

Die eerste stap in die samesmelting van waterstof is 'n botsing van twee protone met genoeg krag om die wedersydse weersin gevoel deur hulle te bowe te kom as gevolg van hul elektromagnetiese interaksie.

As die twee deeltjies gerangskik is naby aan mekaar, kan 'n sterk interaksie hulle assosieer. Dit skep 'n onstabiele vorm van helium ⁽² Hy), wat 'n kern met twee protone het, in teenstelling met die stabiele vorm (Geen ^4), wat twee protone en twee neutrone het.

In die volgende fase kom in die spel swak interaksie. As gevolg van die oorvloed van protone een van hulle ondergaan betaverval. Daarna het die ander reaksie, insluitend intermediêre vorming en samesmelting van ³ Hy vorm uiteindelik 'n stabiele ⁴ Hy.