Den svake kraften er en av de fire fundamentale kreftene som styrer all materie i universet (de andre tre er gravitasjon, elektromagnetisme og sterk kraft). Mens andre krefter som holder ting sammen, svak kraft spiller en større rolle i ting faller fra hverandre, eller råtnende.
Den svake styrken, eller svak interaksjon, er sterkere enn tyngdekraften, men det er bare effektiv på svært korte avstander. Det fungerer på det subatomære nivå og spiller en avgjørende rolle i å drive stjerner og skape elementer., Det er også ansvarlig for mye av den naturlige stråling tilstede i universet, i henhold til Thomas Jefferson National Accelerator Anlegget (Jefferson-Lab).
italienske fysikeren Enrico Fermi utviklet en teori i 1933 for å forklare beta forfall, som er den prosessen som et nøytron i kjernen går over til et proton og utviser et elektron, som ofte kalles en beta partikkelen i denne sammenheng., «»Han definerte en ny type kraft, den såkalte svak interaksjon, som var ansvarlig for forfall, og som har grunnleggende prosessen var å transformere et nøytron til et proton, et elektron og et neutrino,» som senere ble bestemt til å være en anti-neutrino, skrev Giulio Maltesisk, en italiensk fysikk historiker, i «Partikler av en Mann, en artikkel publisert i 2013 i tidsskriftet Lettera Matematica.
i Henhold til Maltesisk, Fermi opprinnelig tenkt at dette var det som ble til en null-avstand eller lim force hvor to partikler faktisk hadde å berøre for kraft for å fungere., Det har siden vist seg som den svake kraften er faktisk en attraktiv kraft som virker på en svært kort rekkevidde på ca 0.1% av diameteren av en proton, i henhold til HyperPhysics, en nettside som er produsert ved Georgia State University.
Standard Modell
Den svake kraften er en del av den rådende teorien om partikkelfysikk, Standard Modell, som beskriver den grunnleggende strukturen av materie ved hjelp av en «elegant serie av ligninger,» i henhold til CERN, den Europeiske Organisasjon for Kjernefysisk Forskning., Under Standard Modell, elementærpartikler, som er de som ikke kan deles opp i mindre deler — er byggesteinene i universet.
En av disse partiklene er quark. Forskere har ikke sett noen indikasjoner på at det er noe mindre enn en quark, men de er fortsatt ute. Det er seks typer, eller «smaker» av kvarker: opp, ned, merkelig, sjarm, bunn og topp (i stigende rekkefølge etter masse). I ulike kombinasjoner, danner de mange ulike arter av subatomære partikkel zoo, i henhold til Pittsburgh Supercomputing Center., For eksempel, protoner og nøytroner, som den «store» partikler av et atom er kjernen, som hver består av bunter av tre kvarker. To vinduer og en ned foreta et proton, en opp og to nedturer gjøre et nøytron. Endre smaken av en quark kan endre en proton inn et nøytron, og dermed endre element til en annen.
en Annen type elementærpartikkel er bosonet. Disse er kraft-carrier partikler som er bygget opp av bunter av energi. Fotoner er en type bosonet; gluoner er en annen. Hver av de fire styrker resultatene fra utveksling av kraft-carrier partikler., Den sterke kraft er utført av gluon, mens den elektromagnetiske kraften er gjennomført av fotonet. Den graviton er teoretisk kraft-bærer partikkel av tyngdekraften, men det har ikke blitt funnet ennå.
W-og Z-bosoner
Den svake styrken er gjennomført av W-og Z-bosoner. Disse partiklene ble spådd av nobelprisvinnere Steven Weinberg, Sheldon Salam og Abdus Glashow på 1960-tallet, og oppdaget i 1983 ved CERN i sveits.
W bosoner er elektrisk ladet og er utpekt av deres symboler: W+ (positivt ladet) og W− (negativt ladet). W-boson endringer i sammensetningen av partikler., Ved avgir en elektrisk ladet W-boson, svak kraft endrer smaken av en quark, noe som fører til et proton å endre til et nøytron, eller vice versa. Dette er hva som utløser kjernefysisk fusjon og får stjernene til å brenne, i henhold til CERN. Den brennende skaper tyngre elementer, som til slutt kastet ut i verdensrommet i supernova-eksplosjoner til å bli byggesteiner for planeter, sammen med planter, mennesker og alt annet på Jorden.
Z-bosonet er nøytralt ladet og har en svak, nøytral gjeldende. Dens interaksjon med partikler som er vanskelig å oppdage., Eksperimenter for å finne W-og Z-bosoner førte til en teori som kombinerer den elektromagnetiske kraften og svak kraft i en felles «electroweak» force i 1960-årene. Men, teori nødvendig kraft-bærer partikler til å bli massless, og forskere visste at den teoretiske W-boson måtte være tunge å redegjøre for sitt kort rekkevidde. I henhold til CERN, teoretikere sto for W-massen ved å innføre en usynlig mekanisme kalt Higgs-mekanismen, som forutsetter eksistensen av Higgs-bosonet., I 2012, CERN rapporterte at forskere ved hjelp av verdens største atom smasher observert en ny partikkel konsistent med utseendet til en Higgs-bosonet.»
Beta forfall
Den prosessen hvor et nøytron går over til et proton og vice versa er kalt beta forfall. I henhold til Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL), «Beta forfall oppstår når det i en kjerne med for mange protoner eller for mange nøytroner, en av protoner eller nøytroner er forvandlet til den andre.»
Beta forfall kan gå på en av to måter, i henhold til LBL., I beta minus forfall, noen ganger kommentert som β− forfall, et nøytron henfaller til et proton, et elektron og et antineutrino. I beta plusdecay, noen ganger kommentert som β+ forfall, et proton henfaller til et nøytron, et positron og en neutrino. Ett element, kan du skifte til et annet element når en av sine nøytroner spontant endres til et proton gjennom beta minus forfall, eller når en av sine protoner spontant endringer i et nøytron gjennom beta pluss forfall.
Electron capture
Protoner kan også slå inn nøytroner gjennom en prosess som kalles electron capture, eller K-fangst., Når det er et overskudd antall protoner i forhold til antall nøytroner i en kjerne, et elektron, vanligvis fra den innerste elektronet skallet, vil synes å falle inn i kjernen. I henhold til Jacquelyn Yanch, en professor i nuclear engineering avdeling ved Massachusetts Institute of Technology, i 2001 papir «Forfall Mekanismer,» «I electron capture, en orbital electron er fanget av den overordnede kjernen, og produktene er datter kjernen og en neutrino.,»Atomnummeret av den resulterende datter kjernen er redusert med 1, men det totale antall protoner og nøytroner er fortsatt den samme.
Kjernefysisk fusjon
Den svake styrken spiller en viktig rolle i kjernefysisk fusjon, den reaksjon som driver solen og termonukleære (hydrogen) bomber. Det første trinnet i hydrogen fusjon er å knuse to protoner sammen med nok energi til å overvinne gjensidig motvilje de opplever på grunn av elektromagnetisk kraft. Hvis de to partikler kan bringes nær nok til hverandre, sterk kraft kan binde dem sammen., Dette skaper en ustabil form av helium (2He), som har en kjerne med to protoner, i motsetning til den stabile formen av helium (4He), som har to protoner og to nøytroner.
Det neste trinnet er der den svake styrken kommer inn i bildet. På grunn av overflod av protoner, en av de par gjennomgår beta forfall. Etter at det andre etterfølgende reaksjoner, inkludert middels dannelse og fusjon av 3He, etter hvert danne stabile 4He.