siła słaba jest jedną z czterech podstawowych sił, które rządzą całą materią we wszechświecie (pozostałe trzy to grawitacja, elektromagnetyzm i siła silna). Podczas gdy inne siły trzymają rzeczy razem, słaba siła odgrywa większą rolę w tym, że rzeczy się rozpadają lub rozpadają.
słaba siła, czyli słabe oddziaływanie, jest silniejsza niż grawitacja, ale jest skuteczna tylko na bardzo krótkich odległościach. Działa na poziomie subatomowym i odgrywa kluczową rolę w zasilaniu gwiazd i tworzeniu elementów., Jest również odpowiedzialny za wiele naturalnego promieniowania obecnego we wszechświecie, według Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab).
włoski fizyk Enrico Fermi opracował w 1933 roku teorię wyjaśniającą rozpad beta, który jest procesem, w którym neutron w jądrze zmienia się w proton i wydala elektron, często nazywany cząstką beta w tym kontekście., „Giulio Maltese, włoski historyk fizyki, napisał w artykule” Particles of Man”, opublikowanym w 2013 roku w czasopiśmie Lettera Matematica, że” zdefiniował nowy rodzaj siły, tzw. oddziaływanie słabe, które było odpowiedzialne za rozpad, a którego podstawowym procesem było przekształcenie neutronu w proton, elektron i neutrino”.
według Maltese ' a, Fermi początkowo uważał, że wiąże się to z zerową odległością lub siłą przylepną, w wyniku której obie cząstki muszą się stykać, aby siła zadziałała., Od tego czasu wykazano, że słaba siła jest w rzeczywistości siłą atrakcyjną, która działa w bardzo krótkim zakresie około 0,1 procent średnicy protonu, zgodnie z HyperPhysics, strona internetowa Wyprodukowana przez Georgia State University.
Model Standardowy
słaba siła jest częścią panującej teorii fizyki cząstek elementarnych, Modelu Standardowego, który opisuje podstawową strukturę materii za pomocą „eleganckiego szeregu równań”, według CERN, Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych., W modelu standardowym cząstki elementarne — czyli te, których nie można podzielić na mniejsze części-są budulcami wszechświata.
jedną z tych cząstek jest kwark. Naukowcy nie zauważyli żadnych oznak, że istnieje coś mniejszego niż kwark, ale wciąż szukają. Istnieje sześć rodzajów, czyli „smaków” kwarków: góra, dół, dziwny, urok, dół i góra (w porządku rosnącym według masy). Według Pittsburgh Supercomputing Center w różnych kombinacjach tworzą one wiele zróżnicowanych gatunków cząstek subatomowych., Na przykład protony i neutrony, „duże” cząstki jądra atomu, składają się z wiązek trzech kwarków. Dwa wzloty i dwa upadki tworzą proton; dwa upadki i dwa upadki tworzą neutron. Zmiana smaku kwarka może zmienić proton w neutron, zmieniając tym samym pierwiastek w inny.
innym typem cząstki elementarnej jest Bozon. Są to cząstki przenoszące siłę, które składają się z wiązek energii. Jednym z typów bozonów są fotony, innym gluony. Każda z czterech sił wynika z wymiany sił-cząstek nośnych., Silna siła jest przenoszona przez gluon, podczas gdy siła elektromagnetyczna jest przenoszona przez Foton. Grawiton jest teoretycznie przenoszącą siłę cząstką grawitacji, ale nie został jeszcze znaleziony.
bozony W i Z
słaba siła jest przenoszona przez bozony W i Z. Cząstki te zostały przepowiedziane przez laureatów Nagrody Nobla Stevena Weinberga, Sheldona Salama i Abdusa Glashowa w latach 60. i odkryte w 1983 roku w CERN.
bozony W są naładowane elektrycznie i oznaczane są ich symbolami: w+ (naładowany dodatnio) i w− (naładowany ujemnie)., Bozon W zmienia skład cząstek. Emitując naładowany elektrycznie Bozon W, słaba siła zmienia smak kwarku, co powoduje, że proton zmienia się w neutron lub odwrotnie. To właśnie wywołuje fuzję jądrową i powoduje spalanie się gwiazd, według CERN. Spalanie tworzy cięższe pierwiastki, które są ostatecznie wyrzucane w kosmos w wybuchach supernowych, aby stać się budulcem dla Planet, wraz z roślinami, ludźmi i wszystkim innym na Ziemi.
bozon Z jest naładowany neutralnie i niesie słaby prąd neutralny., Jego oddziaływanie z cząstkami jest trudne do wykrycia. Eksperymenty mające na celu znalezienie bozonów W I Z doprowadziły do powstania teorii łączącej siłę elektromagnetyczną i siłę słabą w jednolitą siłę” electroweak ” w latach 60. teoria ta wymagała jednak, aby cząstki przenoszące siłę były bezmasowe, a naukowcy wiedzieli, że teoretyczny Bozon W musi być ciężki, aby uwzględnić jego krótki zasięg. Według CERN, teoretycy rozliczali masę w, wprowadzając niewidzialny mechanizm zwany mechanizmem Higgsa, który domaga się istnienia bozonu Higgsa., W 2012 roku CERN poinformował, że naukowcy korzystający z największego na świecie smashera atomów zaobserwowali nową cząstkę „zgodną z pojawieniem się bozonu Higgsa.”
rozpad Beta
proces, w którym neutron zmienia się w proton i odwrotnie nazywa się rozpadem beta. Według Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL), „rozpad Beta występuje, gdy w jądrze ze zbyt dużą liczbą protonów lub neutronów, jeden z protonów lub neutronów przekształca się w drugi.”
rozpad Beta może przebiegać na dwa sposoby, według LBL., W rozpadie Beta minus, czasem opisywanym jako rozpad β, neutron rozpada się na proton, elektron i antyneutrino. W beta plusdecay, czasem oznaczanym jako rozpad β+, proton rozpada się na neutron, pozyton i neutrino. Jeden element może zmienić się w inny element, gdy jeden z jego neutronów spontanicznie zmienia się w proton przez rozpad beta minus lub gdy jeden z jego protonów spontanicznie zmienia się w neutron przez rozpad beta plus.
wychwytywanie elektronów
protony mogą również przekształcić się w neutrony w procesie zwanym wychwytywaniem elektronów lub wychwytywaniem K., Kiedy liczba protonów jest większa niż liczba neutronów w jądrze, elektron, Zwykle pochodzący z najgłębszej powłoki elektronowej, wydaje się wpadać do jądra. Według Jacquelyn Yanch, profesora na wydziale inżynierii jądrowej w Massachusetts Institute of Technology, w pracy z 2001 roku „mechanizmy rozpadu”, ” w wychwytywaniu elektronów orbitalny elektron jest wychwytywany przez jądro macierzyste, a produkty są jądrem potomnym i neutrino.,”Liczba atomowa powstałego jądra jest zmniejszona o 1, ale całkowita liczba protonów i neutronów pozostaje taka sama.
fuzja jądrowa
słaba siła odgrywa ważną rolę w fuzji jądrowej, reakcji, która zasila słońce i bomby termojądrowe (wodorowe). Pierwszym krokiem w fuzji wodoru jest rozbicie dwóch protonów razem z wystarczającą ilością energii, aby przezwyciężyć wzajemne odpychanie, którego doświadczają ze względu na siłę elektromagnetyczną. Jeśli dwie cząstki mogą być wystarczająco blisko siebie, silna siła może je połączyć., Tworzy to niestabilną formę helu (2He), która ma jądro z dwoma protonami, w przeciwieństwie do stabilnej formy helu (4He), która ma dwa protony i dwa neutrony.
następnym krokiem jest wejście w grę słabej siły. Z powodu nadmiaru protonów jedna z par ulega rozpadowi beta. Następnie inne późniejsze reakcje, w tym tworzenie pośrednie i fuzja 3He, ostatecznie tworzą stabilny 4He.