0 просмотров

Что такое Слабая сила?

Термоядерная реакция

Слабое взаимодействие — одна из четырех фундаментальных сил, управляющих всей материей во Вселенной (остальные три — это гравитация, электромагнетизм и сильное взаимодействие). В то время как другие силы удерживают вещи вместе, слабая сила играет большую роль в том, что вещи разваливаются или разлагаются.

Слабое взаимодействие, или слабое взаимодействие, сильнее гравитации, но оно эффективно только на очень коротких расстояниях. Он действует на субатомном уровне и играет решающую роль в питании звезд и создании элементов. По данным Национального ускорительного комплекса Томаса Джефферсона (Лаборатория Джефферсона), он также отвечает за большую часть естественного излучения, присутствующего во Вселенной.

Итальянский физик Энрико Ферми в 1933 году разработал теорию для объяснения бета-распада — процесса, при котором нейтрон в ядре превращается в протон и выбрасывает электрон, который в этом контексте часто называют бета-частицей. «Он определил новый тип взаимодействия, так называемое слабое взаимодействие, ответственное за распад и фундаментальный процесс которого заключался в превращении нейтрона в протон, электрон и нейтрино». -нейтрино, — написал Джулио Мальтезе, итальянский историк физики, в статье «Частицы человека (opens in new tab)», опубликованной в 2013 году в журнале Lettera Matematica.

По словам Мальтезе, Ферми изначально думал, что это связано с тем, что составляет силу нулевого расстояния или силы сцепления, при которой две частицы действительно должны соприкасаться, чтобы сила работала.С тех пор было показано, что слабое взаимодействие на самом деле представляет собой силу притяжения, которая действует на чрезвычайно коротком расстоянии около 0,1 процента от диаметра протона, согласно HyperPhysics, веб-сайту, созданному Университетом штата Джорджия.

Статья в тему:  Что мы можем сделать с парниковым эффектом

Стандартная модель

Слабое взаимодействие является частью господствующей теории физики элементарных частиц, Стандартной модели, которая описывает фундаментальную структуру материи с помощью «элегантной серии уравнений», согласно ЦЕРН, Европейской организации ядерных исследований. В Стандартной модели элементарные частицы, то есть те, которые нельзя разделить на более мелкие части, являются строительными блоками Вселенной.

Одной из таких частиц является кварк. Ученые не видели никаких признаков того, что существует что-то меньше кварка, но они все еще ищут. Существует шесть типов или «ароматов» кварков: верхний, нижний, странный, очарованный, нижний и верхний (в порядке возрастания массы). По данным Питтсбургского суперкомпьютерного центра, в различных комбинациях они образуют множество разнообразных видов зоопарка субатомных частиц. Например, протоны и нейтроны, «большие» частицы ядра атома, состоят каждая из связок из трех кварков. Два подъема и опускание образуют протон; вверх и два падения составляют нейтрон. Изменение вкуса кварка может превратить протон в нейтрон, тем самым изменив элемент на другой.

Другой тип элементарных частиц — бозоны. Это частицы-носители силы, состоящие из пучков энергии. Фотоны — это один из видов бозонов; глюоны — другое. Каждая из четырех сил возникает в результате обмена частицами-носителями силы. Сильное взаимодействие переносится глюоном, а электромагнитное взаимодействие переносится фотоном. Гравитон теоретически является частицей, несущей силу гравитации, но он еще не обнаружен.

Бозоны W и Z

Статья в тему:  Как радиация связана с парниковым эффектом

Слабое взаимодействие переносится бозонами W и Z.Эти частицы были предсказаны лауреатами Нобелевской премии Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Саламом и Абдусом Глэшоу в 1960-х годах и обнаружены в 1983 году в ЦЕРНе.

Бозоны W электрически заряжены и обозначаются своими символами: W + (положительно заряженные) и W — (отрицательно заряженные). Бозон W меняет состав частиц. Испуская электрически заряженный W-бозон, слабое взаимодействие меняет вкус кварка, что заставляет протон превращаться в нейтрон или наоборот. По данным CERN, это то, что запускает ядерный синтез и заставляет звезды гореть. Горение создает более тяжелые элементы, которые в конечном итоге выбрасываются в космос при взрывах сверхновых, чтобы стать строительными блоками для планет, наряду с растениями, людьми и всем остальным на Земле.

Бозон Z нейтрально заряжен и несет слабый нейтральный ток. Его взаимодействие с частицами трудно обнаружить. Эксперименты по поиску бозонов W и Z привели в 1960-х годах к теории, объединяющей электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие в единое «электрослабое» взаимодействие. Однако теория требовала, чтобы переносящие взаимодействие частицы были безмассовыми, и ученые знали, что теоретический бозон W должен быть тяжелым, чтобы объяснить его малый радиус действия. Согласно CERN, теоретики объяснили массу W, введя невидимый механизм, названный механизмом Хиггса, который требует существования бозона Хиггса. В 2012 году ЦЕРН сообщил, что ученые, использующие самый большой в мире ускоритель атомов, обнаружили новую частицу, «соответствующую внешнему виду бозона Хиггса».

Статья в тему:  Как усилить стандарты безопасности атомных электростанций

Бета-распад

Процесс превращения нейтрона в протон и наоборот называется бета-распадом. По данным Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBL), «бета-распад происходит, когда в ядре со слишком большим количеством протонов или слишком большим количеством нейтронов один из протонов или нейтронов превращается в другой».

Согласно LBL, бета-распад может идти одним из двух путей. В бета-версии минус распада, иногда обозначаемого как β-распад, нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. В бета-версии плюсраспада, иногда обозначаемого как β + распад, протон распадается на нейтрон, позитрон и нейтрино. Один элемент может превратиться в другой элемент, когда один из его нейтронов спонтанно превращается в протон в результате бета-минус-распада или когда один из его протонов спонтанно превращается в нейтрон в результате бета-плюс-распада.

Электронный захват

Протоны также могут превращаться в нейтроны посредством процесса, называемого электронным захватом или К-захватом. Когда имеется избыточное число протонов по отношению к числу нейтронов в ядре, электрон, обычно из самой внутренней электронной оболочки, будет как бы падать в ядро. По словам Жаклин Янч, профессора кафедры ядерной инженерии Массачусетского технологического института, в статье 2001 года «Механизмы распада»: «При захвате электрона орбитальный электрон захватывается родительским ядром, а продуктами являются дочернее ядро ​​и нейтрино». Атомный номер образовавшегося дочернего ядра уменьшается на 1, но общее количество протонов и нейтронов остается прежним.

Статья в тему:  Голод в мире, где это происходит

Термоядерная реакция

Слабое взаимодействие играет важную роль в ядерном синтезе, реакции, которая питает солнце и термоядерные (водородные) бомбы. Первым шагом в синтезе водорода является столкновение двух протонов с энергией, достаточной для преодоления взаимного отталкивания, которое они испытывают из-за электромагнитной силы. Если две частицы можно поднести достаточно близко друг к другу, сильное взаимодействие может связать их вместе. Это создает нестабильную форму гелия ( 2 Не), которая имеет ядро ​​с двумя протонами, в отличие от стабильной формы гелия ( 4 Не), которая имеет два протона и два нейтрона.

На следующем этапе в игру вступает слабое взаимодействие. Из-за переизбытка протонов один из пары подвергается бета-распаду.После этого другие последующие реакции, в том числе промежуточное образование и синтез 3 Не, в конечном итоге образуют стабильный 4 Не.

Дополнительные ресурсы

  • Лаборатория Джефферсона: впервые определен слабый заряд протона
  • ЦЕРН объясняет Стандартную модель, бозон W и бозон Z.
  • Анимацию распада водорода на гелий можно увидеть на веб-сайте Университета Небраски в Линкольне.

Участник живой науки

Джим Лукас — автор статей для Live Science. Он охватывает физику, астрономию и инженерное дело. Джим окончил Университет штата Миссури, где получил степень бакалавра наук в области физики, а также астрономию и техническое письмо. После окончания университета он работал в Лос-Аламосской национальной лаборатории системным администратором, техническим писателем-редактором и специалистом по ядерной безопасности. Помимо написания статей, он редактирует статьи в научных журналах по различным тематическим направлениям.

голоса
Рейтинг статьи
Статья в тему:  Как мы можем остановить глобальное потепление дома
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector