de zwakke kracht is een van de vier fundamentele krachten die alle materie in het heelal beheersen (de andere drie zijn zwaartekracht, elektromagnetisme en de sterke kracht). Terwijl de andere krachten dingen bij elkaar houden, speelt de zwakke kracht een grotere rol in dingen die uit elkaar vallen of vergaan.
de zwakke kracht, of zwakke interactie, is sterker dan de zwaartekracht, maar is alleen effectief op zeer korte afstanden. Het werkt op subatomair niveau en speelt een cruciale rol in het aandrijven van sterren en het creëren van elementen., Het is ook verantwoordelijk voor een groot deel van de natuurlijke straling aanwezig in het heelal, volgens de Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab). de Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi bedacht in 1933 een theorie om het bètaverval te verklaren, het proces waarbij een neutron in een kern verandert in een proton en een elektron uitdrijft, in deze context vaak een bètadeeltje genoemd., “”Hij definieerde een nieuw type kracht, de zogenaamde zwakke interactie, die verantwoordelijk was voor verval, en wiens fundamentele proces was het transformeren van een neutron in een proton, een elektron en een neutrino, “die later werd bepaald als een anti-neutrino, schreef Giulio Maltese, een Italiaanse fysica historicus, in” Particles of Man, ” een artikel gepubliceerd in 2013 in het tijdschrift Lettera Matematica. volgens Maltees dacht Fermi oorspronkelijk dat dit een nulafstand of houdkracht betrof waarbij de twee deeltjes elkaar eigenlijk moesten raken om de kracht te laten werken., Sindsdien is aangetoond dat de zwakke kracht eigenlijk een aantrekkelijke kracht is die werkt op een extreem korte afstand van ongeveer 0,1 procent van de diameter van een proton, volgens HyperPhysics, een website geproduceerd door Georgia State University.
het standaardmodel
de zwakke kracht maakt deel uit van de heersende theorie van de deeltjesfysica, het standaardmodel, dat de fundamentele structuur van de materie beschrijft met behulp van een “elegante reeks vergelijkingen”, volgens CERN, De Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek., Onder het standaardmodel zijn elementaire deeltjes — dat wil zeggen deeltjes die niet in kleinere delen kunnen worden opgesplitst — de bouwstenen van het universum.
een van deze deeltjes is de quark. Wetenschappers hebben geen aanwijzingen gezien dat er iets kleiner is dan een quark, maar ze zijn nog steeds op zoek. Er zijn zes soorten, of “smaken” van quarks: omhoog, omlaag, vreemd, charme, onder en boven (in oplopende volgorde per massa). In verschillende combinaties vormen ze veel verschillende soorten van de subatomaire deeltjes zoo, volgens het Pittsburgh Supercomputing Center., Bijvoorbeeld, protonen en neutronen, de “grote” deeltjes van de kern van een atoom, bestaan elk uit bundels van drie quarks. Twee ups en een down maken een proton; een up en twee downs maken een neutron. Het veranderen van de smaak van een quark kan een proton veranderen in een neutron, waardoor het element verandert in een ander element.
een ander type elementair deeltje is het boson. Dit zijn krachtdragerdeeltjes die bestaan uit bundels energie. Fotonen zijn één type boson; gluonen zijn een ander. Elk van de vier krachten komt voort uit de uitwisseling van kracht-dragerdeeltjes., De sterke kracht wordt gedragen door het gluon, terwijl de elektromagnetische kracht wordt gedragen door het foton. Het graviton is theoretisch het krachtdragende deeltje van de zwaartekracht, maar het is nog niet gevonden.
W-en Z-bosonen
de zwakke kracht wordt gedragen door de W-en Z-bosonen. Deze deeltjes werden voorspeld door Nobelprijswinnaars Steven Weinberg, Sheldon Salam en Abdus Glashow in de jaren 1960, en ontdekt in 1983 bij CERN.
w bosonen zijn elektrisch geladen en worden aangeduid met hun symbolen: W+ (positief geladen) en W− (negatief geladen). Het W boson verandert de samenstelling van deeltjes., Door een elektrisch geladen w-boson uit te zenden, verandert de zwakke kracht de smaak van een kwark, waardoor een proton verandert in een neutron, of omgekeerd. Dit is wat kernfusie veroorzaakt en sterren doet branden, volgens CERN. De verbranding creëert zwaardere elementen, die uiteindelijk in de ruimte worden gegooid in supernova-explosies om de bouwstenen te worden voor planeten, samen met planten, mensen en al het andere op aarde.
Het Z-boson is neutraal geladen en draagt een zwakke neutrale stroom. De interactie met deeltjes is moeilijk te detecteren., Experimenten om W-en Z-bosonen te vinden leidden in de jaren zestig tot een theorie waarin de elektromagnetische kracht en de zwakke kracht werden gecombineerd tot een uniforme “elektrozwakke” kracht. de theorie vereiste echter dat de krachtdragende deeltjes massaloos moesten zijn.wetenschappers wisten dat het theoretische W-boson zwaar moest zijn om rekening te houden met zijn korte afstand. Volgens CERN, verklaarden theoretici de massa van de W door het introduceren van een ongezien mechanisme genaamd het Higgs mechanisme, dat vraagt om het bestaan van een Higgs boson., In 2012, CERN gemeld dat wetenschappers met behulp van ’s werelds grootste atoom smasher waargenomen een nieuw deeltje” consistent met het uiterlijk van een Higgs boson.”
Betabederf
het proces waarbij een neutron verandert in een proton en vice versa wordt betabederf genoemd. Volgens het Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL), “treedt Beta-verval op wanneer in een kern met te veel protonen of te veel neutronen, een van de protonen of neutronen wordt omgezet in de andere.”
Beta verval kan gaan op een van twee manieren, volgens de LBL., In beta minus verval, soms geannoteerd Als β− verval, vervalt een neutron in een proton, een elektron en een antineutrino. In beta plusdecay, soms geannoteerd Als β+ verval, vervalt een proton in een neutron, een positron en een neutrino. Een element kan veranderen in een ander element wanneer een van zijn neutronen spontaan verandert in een proton door beta minus verval of wanneer een van zijn protonen spontaan verandert in een neutron door beta plus verval.
Elektronenafvang
protonen kunnen ook in neutronen veranderen door middel van een proces dat elektronenafvang of K-vangst wordt genoemd., Wanneer er een overmaat aan protonen is ten opzichte van het aantal neutronen in een kern, zal een elektron, meestal uit de binnenste elektronenschil, in de kern lijken te vallen. Volgens Jacquelyn Yanch, een professor in de nuclear engineering department aan het Massachusetts Institute of Technology, in een 2001 paper “Decay Mechanisms”, ” in electron capture, een orbitaal elektron wordt gevangen door de ouderkern, en de producten zijn de dochterkern en een neutrino.,”Het atoomnummer van de resulterende dochterkern wordt verminderd met 1, maar het totale aantal protonen en neutronen blijft hetzelfde.
kernfusie
de zwakke kracht speelt een belangrijke rol in kernfusie, de reactie die de zon en thermonucleaire (waterstof) bommen aandrijft. De eerste stap in waterstoffusie is om twee protonen samen te breken met genoeg energie om de wederzijdse afstoting te overwinnen die ze ervaren als gevolg van de elektromagnetische kracht. Als de twee deeltjes dicht genoeg bij elkaar kunnen worden gebracht, kan de sterke kracht ze aan elkaar binden., Hierdoor ontstaat een onstabiele vorm van helium (2He), die een kern met twee protonen heeft, in tegenstelling tot de stabiele vorm van helium (4He), die twee protonen en twee neutronen heeft.
de volgende stap is waar de zwakke kracht in het spel komt. Door de overvloed aan protonen ondergaat één van de twee beta-verval. Daarna vormen andere reacties, waaronder de tussenvorm en fusie van 3He, uiteindelijk stabiel 4He.