Mikä on heikko vuorovaikutus fysiikan?

Heikko vuorovaikutus - on yksi neljästä perustavanlaatuista voimat, jotka hallitsevat kaikki aine maailmankaikkeudessa. Muut kolme - gravitaatio, sähkömagnetiikan, ja vahva vuorovaikutus. Vaikka muut voimat pitää asioita yhdessä, heikko voima on tärkeä rooli niiden tuhoamista.

Heikko vuorovaikutus on vahvempi painovoima, mutta se on tehokas vain hyvin lyhyitä matkoja. Voima vaikuttaa atomia tasolla, ja sillä on keskeinen asema varmistettaessa energian tähdet ja luoda elementtejä. Se vastaa myös suuri osa luonnon säteilyn maailmankaikkeudessa.

Fermi teoria

Italialainen fyysikko Enrico Fermi vuonna 1933, kehitti teorian selittämään beetahajoaminen - ollaan siirtämässä neutronin osaksi protoni ja elektroni siirtymä, jota usein kutsutaan tässä yhteydessä betahiukkasen. Hän on määritelty uudenlainen teho, ns heikko vuorovaikutus, joka oli vastuussa romahtaa, perustavaa laatua muutosprosessi neutronin osaksi protoni, elektroni ja neutrino, joka tunnistettiin myöhemmin antineutrinos.

Fermi aluksi olettaa, että matka oli nolla ja kytkin. Kaksi hiukkasta oli vieressä pakottaa toiminut. Koska kävi ilmi, että heikko vuorovaikutus todella on houkutteleva voima, joka ilmenee erittäin lyhyen matkan, joka vastaa 0,1% protonin halkaisija.

sähköheikon voima

Radioaktiivinen hajoaminen heikko voima on noin 100 000 kertaa pienempiä kuin sähkömagneettisen. Kuitenkin, nyt tiedetään, että se on sisäisesti sähkömagneettisia, ja nämä kaksi selvästi erilaista ilmiötä uskotaan edustavan osoitus yhden sähköheikon voima. Tämän vahvistaa se, että he tulevat yhdessä energioilla yli 100 GeV.

Joskus sanotaan, että heikko vuorovaikutus ilmenee hajoaminen molekyylejä. Kuitenkin mezhmolekulrnye voimat ovat sähköstaattisia luonteeltaan. Ne löydettiin Van der Waalsin ja kantavat hänen nimeään.

Standardimalli

Heikot vuorovaikutus fysiikassa on osa normaalia mallia - alkeishiukkasfysiikka teoria, joka kuvaa perusrakennetta aineen käyttäen joukko tyylikäs yhtälöitä. Tämän mallin mukaan alkeishiukkasten m. E. Tätä ei voida jakaa pienempiin osiin, ovat rakennuspalikoita maailmankaikkeuden.

Yksi tällainen hiukkanen on kvarkki. Tutkijat eivät merkitse olemassaoloa jotain pienempää, mutta he etsivät edelleen. On 6 tyyppien tai lajikkeiden kvarkkien. Aseta ne nousevaan järjestykseen massa:

• ylempi;
• alempi;
• maassa;
• lumottu;
• ihana;
• totta.

Erilaisina yhdistelminä, ne muodostavat erilaisia tyyppejä atomia pienemmät hiukkaset. Esimerkiksi, protonit ja neutronit - suuret hiukkaset atomiydin - kvarkki koostuu kolmesta kukin. Kaksi ylemmän ja alemman käsittävät protonin. Ylempi ja alempi kaksi muodostavat neutronin. kvarkki laadun muutos voi muuttaa protoni neutronin, mikä muuttaa yksi osa toiseen.

Toinen tyyppi hiukkanen on hiukkanen. Nämä hiukkaset - vektorit vuorovaikutus, jotka koostuvat palkit energiaa. Fotonit ovat eräänlainen bosoni, gluonit - muut. Kukin näistä neljästä voimien on seurausta vaihto vuorovaikutusta kantajia. Vahva vuorovaikutus on gluoni ja sähkömagneettinen - fotoneja. Gravitoni teoriassa on operaattorin painovoiman, mutta se ei löytynyt.

W- ja Z-bosonit

Heikko vuorovaikutus välittyy W- ja Z-bosonit. Nämä hiukkaset ennustettiin Nobel Steven Weinberg, Sheldon Glashow Abdus Salam ja 60-luvulla viime vuosisadalla, ja löysi heidät 1983 Euroopan ydinfysiikan tutkimusjärjestön CERNin.

W-bosonit varataan sähköisesti ja on merkitty W ⁺ (positiivisesti varautunut) ja W ^- (negatiivisesti varautunut). W-bosoni muuttaa hiukkasten koostumuksesta. Emittoiva sähköisesti varautunut W-hiukkanen, rahka heikko voima muuttuu luokka, kääntämällä protoni osaksi neutroni- tai päinvastoin. Tämä on mikä aiheuttaa ydinfuusion ja tekee tähdet polttaa.

Tämä reaktio aiheuttaa raskaampia elementtejä, jotka lopulta ulos avaruuteen supernova räjähdykset, tulla rakennuspalikoita planeettoja, kasvit, ihmiset ja kaikki muu maailmassa.

nollavirta

Z-bosoni on neutraali ja on heikko nollavirta. Sen vuorovaikutus hiukkasten on vaikea havaita. Kokeellinen etsii W- ja Z-bosonien 1960 johti tutkijat teoriaan, yhdistämällä sähkömagneettisen ja heikko voima yhdeksi "sähköheikon". Kuitenkin teoria vaati, että hiukkaset-harjoittajien painoton, mutta tutkijat ovat tienneet, että W-bosoni teoriassa pitäisi olla raskas selittämään lyhyen kantaman. Teoreetikot paino W kuljetetaan tili näkymätön kutsutun mekanismin Higgs mekanismi, joka olemassaolo Higgs.

Vuonna 2012, CERN ilmoitti, että tutkijat käyttävät maailman suurin kiihdytin - Large Hadron Collider - havaittu uusi hiukkanen "Higgsin bosoni sopiva."

beetahajoaminen

Heikko vuorovaikutus ilmenee β-hajoaminen - menetelmä, jossa protonin muunnetaan neutroni ja päinvastoin. Se tapahtuu, kun ydin on liian monta neutronien tai protoneja yksi niistä muuntaa muihin.

Beetahajoaminen voidaan tehdä kahdella tavalla:

1. Kun beeta-miinus rappeutuminen, joskus kirjoitetaan β ^- rappeutuminen, neutroni jaettu protonin ja elektronin antineutriino.
2. Heikko vuorovaikutus ilmenee, että rappeutuminen atomiytimeen, joskus kirjoitetaan β ⁺ rappeutuminen, kun protoni jaetaan neutroni ja positroni neutrino.

Yksi osa voi kääntyä toisessa, kun yksi sen neutroneja spontaanisti muuttuu protonin kautta negatiivinen beetahajoaminen, tai kun yksi sen protoneja spontaanisti muuttuu neutroni kautta β ⁺ rappeutuminen.

Kaksinkertainen beetahajoaminen tapahtuu, kun ytimen 2, samalla muuttuu protoni neutroni 2 tai päinvastoin, jolloin emittoitujen elektronien antineutrinos 2 2 ja beeta hiukkasia. Hypoteettisessa Neutrinoless kaksinkertainen beetahajoaminen neutriinoja on muodostettu.

elektronikaappauksella

Protoni voi muuttua neutroni läpi kutsutaan elektroninsieppausdetektoria tai K-kaapata. Kun ydin on ylimäärin protonien lukumäärä suhteessa neutronien lukumäärä, elektroneja, yleensä sisäpuolelta elektronin kuori kuten kuuluvat tumaan. Elektroniorbitaalien vangiksi emoyhdistettä, tuotteita, jotka ovat tytär tumaan ja neutriino. Atomien lukumäärä tytär ytimen saatu pienennetään 1, mutta kokonaismäärä protonien ja neutronien pysyy samana.

lämpöydin- reaktio

Heikko vuorovaikutus on mukana ydinfuusiosta - reaktio, joka syöttää auringon energia ja termonukleaarisen (vety) pommi.

Ensimmäinen vaihe fuusiossa vety on törmäys kahden protonien riittävällä voimalla voittamaan hylkivät toisiaan tuntuvat ne koska niiden sähkömagneettinen vuorovaikutus.

Jos kaksi hiukkaset on järjestetty lähelle toisiaan, on vahva vuorovaikutus voi yhdistää ne. Tämä luo epävakaa muoto heliumin ⁽² He), jossa on ydin, jossa on kaksi protonia, toisin vakiinnuttamaan (nro ^4), jossa on kaksi protonia ja kaksi neutronia.

Seuraavassa vaiheessa tulee pelata heikko vuorovaikutus. Koska ylitarjonta protonien yksi niistä läpi beetahajoaminen. Sen jälkeen, toinen reaktio, mukaan lukien välituotteen muodostumiseen ja fuusio ³ Hän lopulta muodostavat stabiilin ⁴ hän.