Wat is de zwakke interactie in de natuurkunde?

De zwakke interactie - is een van de vier fundamentele krachten die alle materie regelen in het heelal. De andere drie - zwaartekracht, elektromagnetisme, en de sterke wisselwerking. Terwijl andere krachten bij elkaar te houden dingen, de zwakke kracht speelt een belangrijke rol in hun vernietiging.

De zwakke interactie meer zwaartekracht, maar het is alleen effectief op zeer korte afstand. Force werkt op het subatomaire niveau, en speelt een cruciale rol bij het waarborgen van de energie van de sterren en het creëren van elementen. Het is ook verantwoordelijk voor een groot deel van de natuurlijke straling in het heelal.

Fermi theorie

Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi in 1933, ontwikkelde een theorie om het bèta-verval leggen - het proces van omzetting van een neutron in een proton en een elektron verplaatsing, vaak in dit verband de bètadeeltje genoemd. Hij definieerde een nieuw type voeding, het zogenaamde zwakke interactie, dat verantwoordelijk was voor het uiteenvallen, het fundamentele proces van transformatie van een neutron in een proton, een elektron en een neutrino, dat later werd geïdentificeerd als antineutrino.

Fermi aanvankelijk aangenomen dat er een afstand van nul en de koppeling. Twee deeltjes had grenzen te dwingen bewerkt. Omdat duidelijk werd dat de zwakke interactie eigenlijk een aantrekkingskracht, die zich in zeer korte afstand vertoont, gelijk aan 0,1% van een proton diameter.

elektrozwakke kracht

Het radioactieve verval van de zwakke kracht ongeveer 100 000 keer kleiner dan de elektromagnetische. Het is echter bekend dat het intern elektromagnetische, en deze twee duidelijk verschillende verschijnselen geacht een manifestatie van een elektrozwakke kracht vertegenwoordigen. Dit wordt bevestigd door het feit dat ze bij elkaar komen bij energieën meer dan 100 GeV.

Soms wordt gezegd dat de zwakke interactie komt tot uiting in het verval van moleculen. Echter mezhmolekulrnye krachten zijn elektrostatisch in de natuur. Ze werden ontdekt door Van der Waals en zijn naam dragen.

Het standaard model

De zwakke interactie natuurkundige behoort tot het standaardmodel - elementair deeltje theorie, die de fundamentele structuur van materie beschreven, onder toepassing van een set van elegante vergelijkingen. Volgens dit model de elementaire deeltjes m. E die niet kunnen worden verdeeld in kleinere delen, zijn de bouwstenen van het heelal.

Een dergelijk deeltje kwark. Wetenschappers weten niet dat het bestaan van iets kleiner, maar ze zijn nog steeds op zoek naar. Er zijn 6 types of variëteiten van quarks. Plaats ze in volgorde van toenemende massa:

• hoger;
• lager;
• land;
• betoverd;
• heerlijk;
• waar.

In verschillende combinaties, vormen ze een brede variëteit van subatomaire deeltjes. Bijvoorbeeld protonen en neutronen - grote deeltjes atoomkernen - quark uit drie elk. Twee bovenste en onderste omvatten proton. Bovenste en onderste twee vormen een neutron. quark rang verandering kan veranderen proton een neutron, waardoor een element transformeren andere.

Een ander type deeltje een boson. Deze deeltjes - vectoren interactie, die bestaan uit bundels van energie. Fotonen zijn een soort van boson, gluonen - de andere. Elk van deze vier krachten het gevolg van de uitwisseling interactie tussen dragers. Sterke interactie gluonen en elektromagnetische - foton. Graviton theoretisch drager van de zwaartekracht, maar het werd niet gevonden.

W- en Z-bosonen

Zwakke interactie gemedieerd W- en Z-bosonen. Deze deeltjes werden voorspeld door Nobelprijswinnaars Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam en in de jaren '60 van de vorige eeuw, en vonden ze in 1983 op de Europese Organisatie voor Kernonderzoek CERN.

W-bosonen elektrisch geladen en worden aangeduid met W ⁺ (positief geladen) en W ^- (negatief geladen). W-boson verandert de samenstelling van de deeltjes. Emitterende elektrisch geladen W-boson, quark zwakke kracht verandert de graad, het draaien van een proton in een neutron of vice versa. Dit is wat de oorzaak van kernfusie en maakt sterren branden.

Deze reactie leidt tot zwaardere elementen die uiteindelijk door supernova-explosies uitgestoten in de ruimte, aan de bouwstenen van planeten, planten, mensen en al het andere in de wereld te worden.

nulleiderstroom

Z-boson neutraal is en een zwak nulstroom. De interactie met de deeltjes is moeilijk op te sporen. Experimentele zoekt de W- en Z-bosonen in de jaren 1960 leidde onderzoekers de theorie combineren van de elektromagnetische en de zwakke kracht in één "electrozwakke". Echter, de theorie eiste dat de deeltjes-dragers om gewichtloos te zijn, maar wetenschappers hebben bekend dat de W-boson theorie zwaar om haar korte afstand uit te leggen zou moeten zijn. Theorists gewicht W uitgevoerd vanwege onzichtbare mechanisme genaamd Higgs mechanisme dat voorziet in het bestaan Higgs.

In 2012, CERN bekend dat wetenschappers met behulp van 's werelds grootste versneller - de Large Hadron Collider - constateerde een nieuw deeltje, "het Higgs boson juiste."

bètaverval

Zwakke interactie manifesteert zich in β-verval - een werkwijze waarbij een proton wordt omgezet in een neutron en vice versa. Het komt voor als een kern met te veel neutronen of protonen één ervan omgezet naar de andere.

Bètaverval kan op twee manieren:

1. Wanneer beta-negatief bederf, soms geschreven β ^- verval, neutronen gesplitst in een proton en een elektron antineutrino.
2. Zwakke interactie manifesteert zich door het verval van atoomkernen, soms geschreven als β ⁺ verval, wanneer het proton opgesplitste neutron positron en neutrino.

Een van de elementen kan draaien in de andere, wanneer één van de neutron in een proton spontaan getransformeerde via de negatieve beta verval, of wanneer een van de protonen spontaan omgezet in een neutron met β ⁺ verval.

Dubbele bètaverval wanneer een kern 2 tegelijkertijd omgezet in een proton neutron 2 of vice versa, waarbij de uitgezonden elektron antineutrino 2 2 en beta-deeltjes. In het hypothetische Neutrinoless dubbele betaverval neutrino gevormd.

electron capture

Proton kan veranderen in een neutron door een proces genaamd electron capture of K-capture. Wanneer de kernel een overmaat aantal protonen in verhouding tot het aantal neutronen, elektronen, gewoonlijk vanaf de binnenzijde van de elektronenschil als vallende in de kern. Elektronorbitalen veroverde de moeder kern, de producten die de dochter kern en neutrino zijn. Het atoomnummer van dochter celkern verkregen wordt met 1 verlaagd, maar het totale aantal protonen en neutronen blijft hetzelfde.

thermische reactie

De zwakke interactie is betrokken bij kernfusie - de reactie die de energie van de zon en thermonucleaire (waterstof) bomb levert.

De eerste stap in de fusie van waterstof een botsing van twee protonen met voldoende kracht om de onderlinge afstoting gevoeld door ze te overwinnen door hun elektromagnetische interactie.

Als de twee deeltjes zijn aangebracht dicht bij elkaar, kan een sterke wisselwerking te koppelen. Dit leidt tot een instabiele vorm van helium ⁽² He), die een kern met twee protonen heeft, in tegenstelling tot de stabiele vorm (No ^4), die twee protonen en twee neutronen.

In de volgende fase in het spel komt zwakke interactie. Als gevolg van de overvloed aan protonen één van hen ondergaat beta verval. Daarna is de andere reactieomstandigheden, waaronder tussenvorming en fusie van ^3He vormt uiteindelijk een stabiele ^4He.