la fuerza débil es una de las cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan toda la materia en el universo (las otras tres son la gravedad, el electromagnetismo y la fuerza fuerte). Mientras que las otras fuerzas mantienen unidas las cosas, la fuerza débil juega un papel más importante en las cosas que se desmoronan o se descomponen.
la fuerza débil, o interacción débil, es más fuerte que la gravedad, pero solo es efectiva a distancias muy cortas. Actúa a nivel subatómico y juega un papel crucial en la alimentación de las estrellas y la creación de elementos., También es responsable de gran parte de la radiación natural presente en el universo, según el Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab).
el físico italiano Enrico Fermi ideó una teoría en 1933 para explicar la desintegración beta, que es el proceso por el cual un neutrón en un núcleo se transforma en un protón y expulsa un electrón, a menudo llamado partícula beta en este contexto., «»Él definió un nuevo tipo de fuerza, la llamada interacción débil, que era responsable de la desintegración, y cuyo proceso fundamental era transformar un neutrón en un protón, un electrón y un neutrino», que más tarde se determinó que era un anti-neutrino, escribió Giulio Maltese, un historiador de la física italiano, en» partículas del hombre», un artículo publicado en 2013 en la revista Lettera Matematica.
según Maltese, Fermi originalmente pensó que esto implicaba lo que equivalía a una distancia cero o fuerza de sujeción por la que las dos partículas realmente tenían que estar tocando para que la fuerza funcionara., Desde entonces se ha demostrado que la fuerza débil es en realidad una fuerza atractiva que funciona en un rango extremadamente corto de aproximadamente 0.1 por ciento del diámetro de un protón, según HyperPhysics, un sitio web producido por la Universidad Estatal de Georgia.
el modelo estándar
la fuerza débil es parte de la teoría reinante de la física de partículas, el modelo estándar, que describe la estructura fundamental de la materia utilizando una «elegante serie de ecuaciones», según el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear., Bajo el modelo estándar, las partículas elementales — es decir, aquellas que no se pueden dividir en partes más pequeñas — son los bloques de construcción del universo.
Una de estas partículas es el quark. Los científicos no han visto ninguna indicación de que haya algo más pequeño que un quark, pero todavía están buscando. Hay seis tipos, o» sabores», de quarks: arriba, abajo, extraño, encanto, inferior y superior (en orden ascendente Por masa). En diferentes combinaciones, forman muchas especies variadas del zoológico de partículas subatómicas, según el Pittsburgh Supercomputing Center., Por ejemplo, los protones y neutrones, las partículas «grandes» del núcleo de un átomo, cada uno consiste en haces de tres quarks. Dos subidas y una bajada hacen un protón; una subida y dos bajadas hacen un neutrón. Cambiar el sabor de un quark puede cambiar un protón en un neutrón, cambiando así el elemento en uno diferente.
Otro tipo de partícula elemental es el bosón. Estas son partículas portadoras de fuerza que se componen de haces de energía. Los fotones son un tipo de bosón; los gluones son otro. Cada una de las cuatro fuerzas resulta del intercambio de partículas portadoras de fuerza., La fuerza fuerte es llevada por el gluón, mientras que la fuerza electromagnética es llevada por el fotón. El gravitón es teóricamente la partícula portadora de fuerza de la gravedad, pero aún no se ha encontrado.
bosones W y Z
La fuerza débil es llevado por los bosones W y z. Estas partículas fueron predichas por los Premios Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam y Abdus Glashow en la década de 1960, y descubiertas en 1983 en el CERN.
los bosones W están cargados eléctricamente y son designados por sus símbolos: W+ (cargado positivamente) y W− (cargado negativamente). El bosón W cambia la composición de las partículas., Al emitir un bosón W cargado eléctricamente, la fuerza débil cambia el sabor de un quark, lo que hace que un protón se convierta en un neutrón, o viceversa. Esto es lo que desencadena la fusión nuclear y hace que las estrellas Ardan, según el CERN. La quema crea elementos más pesados, que finalmente son lanzados al espacio en explosiones de supernova para convertirse en los bloques de construcción de los planetas, junto con las plantas, las personas y todo lo demás en la Tierra.
el bosón Z está cargado neutralmente y lleva una corriente neutra débil. Su interacción con las partículas es difícil de detectar., Los experimentos para encontrar bosones W Y Z condujeron a una teoría que combinaba la fuerza electromagnética y la fuerza débil en una fuerza «electrodébil» unificada en la década de 1960. sin embargo, la teoría requería que las partículas portadoras de fuerza no tuvieran masa, y los científicos sabían que el bosón W teórico tenía que ser pesado para explicar su corto alcance. Según el CERN, los teóricos explicaron la masa de la W introduciendo un mecanismo invisible llamado el mecanismo de Higgs, que llama a la existencia de un bosón de Higgs., En 2012, el CERN informó que los científicos que usaban el smasher de átomos más grande del mundo observaron una nueva partícula » consistente con la aparición de un bosón de Higgs.»
desintegración Beta
el proceso en el que un neutrón se transforma en un protón y viceversa se llama desintegración beta. Según el Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL), «la desintegración Beta ocurre cuando, en un núcleo con demasiados protones o demasiados neutrones, uno de los protones o neutrones se transforma en el otro.»
el decaimiento Beta puede ir en una de dos maneras, según el LBL., En el decaimiento beta menos, a veces anotado como decaimiento β, un neutrón decae en un protón, un electrón y un antineutrino. En beta plusdecay, a veces anotado como decaimiento β+, un protón decae en un neutrón, un positrón y un neutrino. Un elemento puede cambiar a otro elemento cuando uno de sus neutrones cambia espontáneamente en un protón a través de la desintegración beta menos o cuando uno de sus protones cambia espontáneamente en un neutrón a través de la desintegración beta más.
captura de electrones
los protones también pueden convertirse en neutrones a través de un proceso llamado captura de electrones, o k-captura., Cuando hay un número excesivo de protones en relación con el número de neutrones en un núcleo, un electrón, generalmente de la capa de electrones más interna, parecerá caer en el núcleo. Según Jacquelyn Yanch, profesora del departamento de ingeniería nuclear del Instituto de tecnología de Massachusetts, en un artículo de 2001 «Decay Mechanisms», » en la captura de electrones, un electrón orbital es capturado por el núcleo padre, y los productos son el núcleo hijo y un neutrino.,»El número atómico del núcleo hijo resultante se reduce en 1, pero el número total de protones y neutrones sigue siendo el mismo.
fusión Nuclear
la fuerza débil juega un papel importante en la fusión nuclear, la reacción que alimenta el sol y las bombas termonucleares (hidrógeno). El primer paso en la fusión de hidrógeno es romper dos protones juntos con suficiente energía para superar la repulsión mutua que experimentan debido a la fuerza electromagnética. Si las dos partículas se pueden acercar lo suficiente entre sí, la fuerza fuerte puede unirlas., Esto crea una forma inestable de helio (2He), que tiene un núcleo con dos protones, a diferencia de la forma estable de helio (4He), que tiene dos protones y dos neutrones.
El siguiente paso es donde la fuerza débil entra en juego. Debido a la sobreabundancia de protones, uno de los dos sufre decaimiento beta. Después de eso, otras reacciones posteriores, incluyendo la formación intermedia y la fusión de 3He, eventualmente forman 4HE estable.