La force faible est l’une des quatre forces fondamentales qui régissent l’ensemble de la matière dans l’univers (les trois autres sont la gravité, l’électromagnétisme et la force forte). Alors que les autres forces maintiennent les choses ensemble, la force faible joue un rôle plus important dans les choses qui s’effondrent ou se décomposent.
la force faible, ou interaction faible, est plus forte que la gravité, mais elle n’est efficace que sur de très courtes distances. Il agit au niveau subatomique et joue un rôle crucial dans l’alimentation des étoiles et la création d’éléments., Il est également responsable d’une grande partie du rayonnement naturel présent dans l’univers, selon le Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab).
le physicien italien Enrico Fermi a conçu une théorie en 1933 pour expliquer la désintégration bêta, qui est le processus par lequel un neutron dans un noyau se transforme en proton et expulse un électron, souvent appelé particule bêta dans ce contexte., « »Il a défini un nouveau type de force, la soi-disant interaction faible, responsable de la désintégration, et dont le processus fondamental transformait un neutron en proton, électron et neutrino », qui a ensuite été déterminé comme un anti-neutrino, a écrit Giulio Maltese, historien de la physique italien, dans » particules de L’homme », un article publié en 2013 dans la revue Lettera Matematica.
selon Maltese, Fermi pensait à l’origine que cela impliquait ce qui équivalait à une distance nulle ou une force adhésive par laquelle les deux particules devaient en fait se toucher pour que la force fonctionne., Il a depuis été démontré que la force faible est en fait une force attrayante qui fonctionne à une plage extrêmement courte d’environ 0, 1% du diamètre d’un proton, selon HyperPhysics, un site Web produit par L’Université D’État de Géorgie.
le modèle Standard
La force faible fait partie de la théorie régnante de la physique des particules, le modèle Standard, qui décrit la structure fondamentale de la matière à l’aide d’une « élégante série d’équations », selon le CERN, L’Organisation européenne pour la recherche nucléaire., Selon le modèle Standard, les particules élémentaires — c’est — à-dire celles qui ne peuvent pas être divisées en parties plus petites-sont les éléments constitutifs de l’univers.
l’une de ces particules est le quark. Les scientifiques n’ont vu aucune indication qu’il y ait quelque chose de plus petit qu’un quark, mais ils cherchent toujours. Il existe six types, ou « saveurs », de quarks: Haut, Bas, étrange, charme, bas et haut (dans l’ordre croissant en masse). Dans différentes combinaisons, ils forment de nombreuses espèces variées du zoo de particules subatomiques, selon le Pittsburgh Supercomputing Center., Par exemple, les protons et les neutrons, les « grosses » particules du noyau d’un atome, composées de faisceaux de trois quarks. Deux hauts et un bas font un proton; un haut et deux bas font un neutron. Changer la saveur d’un quark peut changer un proton en neutron, changeant ainsi l’élément en un autre.
un Autre type de particule élémentaire est le boson. Ce sont des particules porteuses de force qui sont constituées de faisceaux d’énergie. Les Photons sont un type de boson; les gluons en sont un autre. Chacune des quatre forces résulte de l’échange de particules porteuses de force., La force forte est portée par le gluon, tandis que la force électromagnétique est transportée par le photon. Le graviton est théoriquement la particule porteuse de force de la gravité, mais il n’a pas encore été trouvé.
bosons W et Z
La force faible est portée par les bosons W et Z. Ces particules ont été prédites par les lauréats du prix Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam et Abdus Glashow dans les années 1960 et découvertes en 1983 au CERN.
les bosons W sont chargés électriquement et sont désignés par leurs symboles: W+ (chargé positivement) et W− (chargé négativement). Le boson W modifie la composition des particules., En émettant un boson W chargé électriquement, la force faible change la saveur d’un quark, ce qui provoque la transformation d’un proton en neutron, ou vice versa. C’est ce qui déclenche la fusion nucléaire et provoque la combustion des étoiles, selon le CERN. La combustion crée des éléments plus lourds, qui sont finalement jetés dans l’espace dans les explosions de supernova pour devenir les blocs de construction pour les planètes, avec les plantes, les gens et tout le reste sur Terre.
le boson Z est chargé de manière neutre et porte un faible courant neutre. Son interaction avec les particules est difficile à détecter., Des expériences pour trouver des bosons W et Z ont conduit à une théorie combinant la force électromagnétique et la force faible en une force « électrofaible » unifiée dans les années 1960. cependant, la théorie exigeait que les particules porteuses de force soient sans masse, et les scientifiques savaient que le boson W théorique devait être lourd pour tenir compte de sa courte portée. Selon le CERN, les théoriciens ont expliqué la masse du W en introduisant un mécanisme invisible appelé mécanisme de Higgs, qui appelle à l’existence d’un boson de Higgs., En 2012, le CERN a rapporté que des scientifiques utilisant le plus grand smasher d’atomes du monde avaient observé une nouvelle particule « compatible avec l’apparition d’un boson de Higgs. »
la désintégration Bêta
Le processus dans lequel un neutron se transforme en proton et vice versa, est appelé la désintégration bêta. Selon le Lawrence Berkeley National Laboratory (lbl), « la désintégration bêta se produit lorsque, dans un noyau avec trop de protons ou trop de neutrons, l’un des protons ou des neutrons est transformé en l’autre. »
la désintégration Bêta peut aller de deux façons, selon le LBL., Dans la désintégration bêta moins, parfois annotée comme désintégration β, un neutron se désintègre en un proton, un électron et un antineutrino. Dans beta plusdecay, parfois annoté comme désintégration β+, un proton se désintègre en un neutron, un positron et un neutrino. Un élément peut se transformer en un autre élément lorsque l’un de ses neutrons se transforme spontanément en proton par désintégration bêta moins ou lorsque l’un de ses protons se transforme spontanément en neutron par désintégration bêta plus.
capture électronique
les Protons peuvent également se transformer en neutrons par un processus appelé capture électronique, ou K-capture., Quand il y a un nombre excessif de protons par rapport au nombre de neutrons dans un noyau, un électron, habituellement de la coquille d’électron la plus interne, semblera tomber dans le noyau. Selon Jacquelyn Yanch, professeur au département d’Ingénierie nucléaire du Massachusetts Institute of Technology, dans un article de 2001 intitulé « Decay Mechanisms », « dans la capture d’électrons, un électron orbital est capturé par le noyau parent, et les produits sont le noyau fille et un neutrino., »Le numéro atomique du noyau fille résultant est réduit de 1, mais le nombre total de protons et de neutrons reste le même.
fusion nucléaire
la force faible joue un rôle important dans la fusion nucléaire, la réaction qui alimente le soleil et les bombes thermonucléaires (hydrogène). La première étape de la fusion de l’hydrogène consiste à écraser deux protons avec suffisamment d’énergie pour surmonter la répulsion mutuelle qu’ils éprouvent en raison de la force électromagnétique. Si les deux particules peuvent être rapprochées l’une de l’autre, la force forte peut les lier ensemble., Cela crée une forme instable d’hélium (2He), qui a un noyau avec deux protons, par opposition à la forme stable d’hélium (4HE), qui a deux protons et deux neutrons.
l’étape suivante est celle où la force faible entre en jeu. En raison de la surabondance de protons, l’une des paires subit une désintégration bêta. Après cela, d’autres réactions ultérieures, y compris la formation intermédiaire et la fusion de 3He, finissent par former 4HE stable.