Ποια είναι η ασθενής αλληλεπίδραση στη φυσική;

Η ασθενής αλληλεπίδραση - είναι μια από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις που κυβερνούν όλη την ύλη στο σύμπαν. Οι άλλοι τρεις - βαρύτητα, τον ηλεκτρομαγνητισμό, και η ισχυρή αλληλεπίδραση. Ενώ άλλες δυνάμεις κρατήσει τα πράγματα μαζί, η ασθενής δύναμη παίζει σημαντικό ρόλο στην καταστροφή τους.

Η ασθενής αλληλεπίδραση είναι ισχυρότερη βαρύτητα, αλλά είναι αποτελεσματικό μόνο σε πολύ μικρές αποστάσεις. Δύναμη δρα στο υποατομικό επίπεδο, και διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στη διασφάλιση της ενεργειακής των άστρων και τη δημιουργία στοιχείων. Είναι επίσης υπεύθυνος για ένα μεγάλο μέρος της φυσικής ακτινοβολίας στο σύμπαν.

θεωρία Fermi

Ιταλός φυσικός Enrico Fermi το 1933, ανέπτυξε μια θεωρία για να εξηγήσει την βήτα διάσπαση - η διαδικασία της μετατροπής ενός νετρονίου σε πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο μετατόπισης, που συχνά αναφέρεται στο πλαίσιο αυτό, το σωματίδιο βήτα. Αυτός ορίζεται ένα νέο τύπο ρεύματος, η λεγόμενη ασθενούς αλληλεπίδρασης, η οποία ήταν υπεύθυνη για την κατάρρευση, τη θεμελιώδη διαδικασία μετασχηματισμού ενός νετρονίου σε πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο, η οποία αργότερα ταυτοποιήθηκε ως αντινετρίνα.

Fermi αρχικά υποτεθεί ότι υπήρχε μια απόσταση μηδέν και του συμπλέκτη. Δύο σωματίδια είχαν εφάπτονται να αναγκάσει εργασίας. Δεδομένου ότι κατέστη σαφές ότι η ασθενής αλληλεπίδραση πράγματι είναι μια ελκυστική δύναμη, η οποία εκδηλώνεται σε μια εξαιρετικά μικρή απόσταση, ίση προς 0,1% του διαμέτρου πρωτονίου.

ηλεκτρασθενή δύναμη

Η ραδιενεργός αποσύνθεση του ασθενούς δύναμης είναι περίπου 100 000 φορές μικρότερη από την ηλεκτρομαγνητική. Ωστόσο, είναι τώρα γνωστό ότι είναι εσωτερικά ηλεκτρομαγνητική, και αυτές οι δύο σαφώς διαφορετικά φαινόμενα πιστεύεται ότι αντιπροσωπεύει μια έκφραση μιας και μόνης ηλεκτρασθενών δύναμη. Αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι έρχονται μαζί σε ενέργειες πάνω από 100 GeV.

Είναι μερικές φορές είπε ότι η ασθενής αλληλεπίδραση εκδηλώνεται στη διάσπαση των μορίων. Ωστόσο, οι δυνάμεις mezhmolekulrnye είναι ηλεκτροστατικής φύσης. Ανακαλύφθηκαν από τον Van der Waals και φέρει το όνομά του.

Το πρότυπο μοντέλο

Η ασθενής αλληλεπίδραση στη φυσική είναι μέρος του καθιερωμένου μοντέλου - θεωρία στοιχειώδες σωματίδιο, το οποίο περιγράφει τη θεμελιώδη δομή της ύλης, χρησιμοποιώντας ένα σύνολο κομψό εξισώσεων. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο τα στοιχειώδη σωματίδια μ. Ε που δεν μπορεί να διαιρεθεί σε μικρότερα τμήματα, είναι τα δομικά στοιχεία του σύμπαντος.

Ένα τέτοιο σωματίδιο είναι quark. Οι επιστήμονες δεν υποδηλώνουν την ύπαρξη κάτι μικρότερο, αλλά εξακολουθούν να ψάχνουν για. Υπάρχουν 6 είδη ή ποικιλίες των κουάρκ. Τοποθετήστε τα σε σειρά αυξανόμενης μάζας:

• επάνω?
• κάτω?
• χώρα?
• μαγεμένο?
• όμορφη?
• αληθινή.

Σε διάφορους συνδυασμούς, σχηματίζουν μια ευρεία ποικιλία τύπων υποατομικά σωματίδια. Για παράδειγμα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια - μεγάλα σωματίδια ατομικού πυρήνα - quark αποτελούνται από τρία κάθε. Δύο άνω και κάτω περιλαμβάνουν πρωτονίων. Άνω και κάτω δύο σχηματίζουν ένα νετρόνιο. αλλαγή βαθμού quark μπορεί να αλλάξει πρωτονίου σε ένα νετρόνιο, μετασχηματίζοντας έτσι το ένα στοιχείο στο άλλο.

Ένας άλλος τύπος σωματιδίου είναι μια Higgs. Αυτά τα σωματίδια - αλληλεπίδραση φορείς, τα οποία αποτελούνται από δέσμες ενέργειας. Τα φωτόνια είναι ένα είδος μποζόνιο, γκλουόνια - το άλλο. Κάθε μία από αυτές τις τέσσερις δυνάμεων είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ανταλλαγής μεταξύ των μεταφορέων. Ισχυρή αλληλεπίδραση είναι γκλουονίου και ηλεκτρομαγνητικών - φωτονίων. Graviton θεωρητικά είναι φορέας της δύναμης της βαρύτητας, αλλά δεν βρέθηκε.

W- και Z-μποζονίων

Ασθενής αλληλεπίδραση διαμεσολαβείται W- και Z-μποζόνια. Αυτά τα σωματίδια είχαν προβλεφθεί από νομπελίστες Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Σαλάμ και τη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα, και ότι είναι το 1983 στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών CERN.

W-μποζόνια είναι ηλεκτρικά φορτισμένα και συμβολίζεται με W ⁺ (θετικώς φορτισμένα) και W ^- (αρνητικά φορτισμένη). W-μποζονίου μεταβάλλει τη σύνθεση των σωματιδίων. Emitting ηλεκτρικά φορτισμένα W-Higgs, quark ασθενής δύναμη αλλάζει τον βαθμό, μετατρέποντας ένα πρωτόνιο σε νετρόνιο ή το αντίστροφο. Αυτό είναι αυτό που προκαλεί την πυρηνική σύντηξη και κάνει τα αστέρια καίνε.

Αυτή η αντίδραση δημιουργεί τα βαρύτερα στοιχεία που τελικά εκτινάσσονται στο διάστημα από εκρήξεις σουπερνόβα, για να γίνουν τα δομικά στοιχεία των πλανητών, τα φυτά, τους ανθρώπους και οτιδήποτε άλλο στον κόσμο.

ουδέτερου ρεύματος

Ζ-μποζονίου είναι ουδέτερη και έχει ασθενούς ουδέτερου ρεύματος. αλληλεπίδρασή του με τα σωματίδια είναι δύσκολο να ανιχνευθούν. Πειραματική αναζητά το W- και Z-μποζόνια στη δεκαετία του 1960 οδήγησε τους επιστήμονες στη θεωρία, συνδυάζοντας την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή δύναμη σε ένα ενιαίο «ηλεκτρασθενή». Ωστόσο, η θεωρία απαίτησε ότι τα σωματίδια-φορείς να είναι βαρύτητας, αλλά οι επιστήμονες έχουν γνωστό ότι η θεωρία W-μποζόνιο θα πρέπει να είναι βαρύ για να εξηγήσει μικρής εμβέλειας της. Οι θεωρητικοί βάρος W πραγματοποιούνται στο λογαριασμό αόρατο μηχανισμό που ονομάζεται μποζόνιο μηχανισμό που προβλέπει την ύπαρξη Higgs.

Το 2012, το CERN ανακοίνωσε ότι οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μεγαλύτερο επιταχυντή του κόσμου - ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων - παρατήρησε ένα νέο σωματίδιο, «το μποζόνιο Higgs με την περίπτωση.»

βήτα διάσπαση

Ασθενής αλληλεπίδραση εκδηλώνεται σε β-αποσύνθεση - μια διαδικασία στην οποία ένα πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο και αντίστροφα. Αυτό συμβαίνει όταν ένας πυρήνας με πάρα πολλά νετρόνια και τα πρωτόνια μία από αυτές μετατρέπονται στην άλλη.

Βήτα διάσπαση μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:

1. Όταν βήτα-μείον αποσύνθεση, ορισμένες φορές γράφεται ως β ^- αποσύνθεση, νετρονίων χωρίζεται σε ένα πρωτόνιο και ένα αντινετρίνο ηλεκτρονίου.
2. Ασθενής αλληλεπίδραση εκδηλώνεται από τη διάσπαση των ατομικών πυρήνων, ορισμένες φορές γράφεται ως β ⁺ αποσύνθεση, όταν το πρωτόνιο χωρίζεται σε ένα νετρόνιο και ποζιτρόνιο νετρίνο.

Ένα από τα στοιχεία μπορεί να γυρίσει στην άλλη, όταν ένα από νετρόνιο της αυθόρμητα μετατρέπεται σε ένα πρωτόνιο μέσω αρνητικής βήτα διάσπαση, ή όταν ένα από τα πρωτόνια του αυθόρμητα μετατρέπεται σε ένα νετρόνιο μέσω β ⁺ αποσύνθεσης.

Διπλό βήτα διάσπαση λαμβάνει χώρα όταν ένα πυρήνα 2 ταυτόχρονα μετασχηματίζεται σε πρωτόνιο νετρόνιο 2 ή αντίστροφα, οπότε το εκπεμπόμενο ηλεκτρόνιο αντινετρίνα 2 2 και βήτα σωματίδια. Στην υποθετική Neutrinoless διπλή διάσπαση βήτα των νετρίνων σχηματίζονται.

σύλληψης ηλεκτρονίων

Proton μπορεί να μετατραπεί σε ένα νετρόνιο μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται σύλληψης ηλεκτρονίων ή Κ-σύλληψη. Όταν ο πυρήνας έχει μία περίσσεια αριθμός πρωτονίων σε σχέση με τον αριθμό των νετρονίων, ηλεκτρονίων, συνήθως από το εσωτερικό του κελύφους ηλεκτρονίων σαν να πέφτει μέσα στον πυρήνα. τροχιακά Electron κατέλαβε τη μητέρα πυρήνα, τα προϊόντα τα οποία είναι η κόρη του πυρήνα και των νετρίνων. Ο ατομικός αριθμός του πυρήνα κόρης που λαμβάνεται μειώνεται κατά 1, αλλά ο συνολικός αριθμός των πρωτονίων και νετρονίων παραμένει η ίδια.

θερμοπυρηνική αντίδραση

Η ασθενής αλληλεπίδραση εμπλέκεται στην πυρηνική σύντηξη - την αντίδραση η οποία προμηθεύει την ενέργεια του ήλιου και της θερμοπυρηνικής (υδρογόνο) βόμβα.

Το πρώτο βήμα για τη συγχώνευση του υδρογόνου είναι μια σύγκρουση των δύο πρωτονίων με αρκετή δύναμη για να ξεπεραστεί η αμοιβαία άπωση αισθητή από τους οφείλεται στην ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση τους.

Εάν τα δύο σωματίδια διατεταγμένα κοντά το ένα στο άλλο, μια ισχυρή αλληλεπίδραση μπορεί να τους συνδέσει. Αυτό δημιουργεί μια ασταθή μορφή του ηλίου ⁽² He), η οποία έχει έναν πυρήνα με δύο πρωτόνια, σε αντίθεση με τη σταθερή μορφή (Νο ^4), η οποία έχει δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια.

Στο επόμενο στάδιο μπαίνει στο παιχνίδι ασθενούς αλληλεπίδρασης. Λόγω της υπεραφθονία των πρωτονίων ένας από αυτούς υφίσταται διάσπαση βήτα. Μετά από αυτό, η άλλη αντίδραση, συμπεριλαμβανομένων ενδιάμεσο σχηματισμό και τη σύντηξη του ³ He τελικά σχηματίζουν ένα σταθερό ⁴ He.