Die swak krag is een van die vier fundamentele kragte wat alle materie in die heelal beheer. Die ander drie is swaartekrag, elektromagnetisme en die sterk krag. Terwyl ander kragte dinge bymekaar hou, speel 'n swak krag 'n groot rol om dit af te breek.
Die swak krag is sterker as swaartekrag, maar dit is slegs effektief op baie klein afstande. Die Krag werk op die subatomiese vlak en speel 'n kritieke rol in die verskaffing van energie aan die sterre en die skep van die elemente. Dit is ook verantwoordelik vir die meeste van die natuurlike bestraling in die heelal.
Fermi Theory
Die Italiaanse fisikus Enrico Fermi het in 1933 'n teorie ontwikkel om beta-verval te verduidelik, die proses om 'n neutron in 'n proton om te skakel en 'n elektron uit te dryf, waarna in hierdie konteks dikwels as 'n beta-deeltjie verwys word. Hy het 'n nuwe tipe krag geïdentifiseer, die sogenaamde swak krag, wat verantwoordelik was vir verval, die fundamentele proses van die transformasie van 'n neutron in 'n proton, 'n neutrino en 'n elektron, wat later as 'n antineutrino geïdentifiseer is.
Fermi oorspronklikaanvaar dat daar geen afstand en adhesie was nie. Die twee deeltjies moes in kontak wees vir die krag om te werk. Dit is sedertdien aan die lig gebring dat die swak krag eintlik 'n aantrekkingskrag is wat hom oor 'n uiters kort afstand manifesteer, gelykstaande aan 0,1% van die deursnee van 'n proton.
Electroweak force
In radioaktiewe verval is die swak krag ongeveer 100 000 keer kleiner as die elektromagnetiese krag. Dit is egter nou bekend dat dit intrinsiek gelyk is aan die elektromagnetiese een, en hierdie twee oënskynlik afsonderlike verskynsels word beskou as manifestasies van 'n enkele elektroswak krag. Dit word bevestig deur die feit dat hulle kombineer by energieë groter as 100 GeV.
Soms sê hulle dat die swak interaksie gemanifesteer word in die verval van molekules. Intermolekulêre kragte is egter van 'n elektrostatiese aard. Hulle is deur van der Waals ontdek en dra sy naam.
Standaardmodel
Swak interaksie in fisika is deel van die standaardmodel - die teorie van elementêre deeltjies, wat die fundamentele struktuur van materie beskryf deur 'n stel elegante vergelykings te gebruik. Volgens hierdie model is elementêre deeltjies, dit wil sê dit wat nie in kleiner dele verdeel kan word nie, die boustene van die heelal.
Een van hierdie deeltjies is die kwark. Wetenskaplikes aanvaar nie die bestaan van enigiets minder nie, maar hulle soek steeds. Daar is 6 soorte of variëteite van kwarke. Kom ons plaas hulle in volgordemassatoename:
- top;
- laer;
- weird;
- betower;
- adorable;
- waar.
In verskeie kombinasies vorm hulle baie verskillende soorte subatomiese deeltjies. Protone en neutrone – groot deeltjies van die atoomkern – bestaan byvoorbeeld elk uit drie kwarks. Die boonste twee en die onderste vorm 'n proton. Die boonste en twee onderste vorm 'n neutron. Deur die soort kwark te verander, kan 'n proton in 'n neutron verander en sodoende een element in 'n ander verander.
Nog 'n tipe elementêre deeltjies is 'n boson. Hierdie deeltjies is interaksiedraers, wat uit energiestrale bestaan. Fotone is een tipe boson, gluone is 'n ander. Elk van hierdie vier kragte is die resultaat van 'n uitruiling van interaksiedraers. Die sterk interaksie word uitgevoer deur die gluon, en die elektromagnetiese interaksie deur die foton. Die graviton is teoreties die draer van swaartekrag, maar dit is nie gevind nie.
W- en Z-bosons
Swak interaksie word deur W- en Z-bosone gedra. Hierdie deeltjies is in die 1960's deur Nobelpryswenners Steven Weinberg, Sheldon Salam en Abdus Gleshow voorspel en in 1983 by die Europese Organisasie vir Kernnavorsing CERN ontdek.
W-bosone is elektries gelaai en word aangedui deur die simbole W+ (positief gelaai) en W- (negatief gelaai). W-boson verander die samestelling van deeltjies. Deur 'n elektries gelaaide W-boson uit te straal, verander die swak krag die soort kwark en maak 'n protonin 'n neutron of andersom. Dit is wat kernfusie veroorsaak en sterre laat brand.
Hierdie reaksie skep swaarder elemente wat uiteindelik deur supernova-ontploffings in die ruimte gegooi word om die boustene van planete, plante, mense en alles anders op Aarde te word.
Nutrale stroom
Z-boson is neutraal en dra 'n swak neutrale stroom. Die interaksie daarvan met deeltjies is moeilik om op te spoor. Eksperimentele soektogte na W- en Z-bosone in die 1960's het wetenskaplikes gelei tot 'n teorie wat die elektromagnetiese en swak kragte in 'n enkele "elektro-swak" kombineer. Die teorie het egter vereis dat die draerdeeltjies gewigloos moes wees, en die wetenskaplikes het geweet dat die W-boson teoreties swaar sou moet wees om sy kort bereik te verklaar. Teoretici het die massa W toegeskryf aan 'n onsigbare meganisme genaamd die Higgs-meganisme, wat voorsiening maak vir die bestaan van die Higgs-boson.
In 2012 het CERN berig dat wetenskaplikes wat die wêreld se grootste versneller, die Large Hadron Collider gebruik, 'n nuwe deeltjie waargeneem het "wat ooreenstem met die Higgs-boson."
Beta Decay
Swak interaksie word gemanifesteer in β-verval - die proses waarin 'n proton in 'n neutron verander en omgekeerd. Dit vind plaas wanneer, in 'n kern met te veel neutrone of protone, een van hulle in 'n ander omgeskakel word.
Beta-verval kan op een van twee maniere voorkom:
- In minus-beta-verval, soms geskryf asβ− -verval, die neutron verdeel in 'n proton, 'n antineutrino en 'n elektron.
- Swak interaksie word gemanifesteer in die verval van atoomkerne, soms geskryf as β+-verval, wanneer 'n proton in 'n neutron, neutrino en positron verdeel.
Een van die elemente kan in 'n ander verander wanneer een van sy neutrone spontaan deur minus-beta-verval in 'n proton verander, of wanneer een van sy protone spontaan in 'n neutron verander deur β+-verval.
Dubbele beta-verval vind plaas wanneer 2 protone in die kern gelyktydig in 2 neutrone getransformeer word of omgekeerd, wat lei tot die vrystelling van 2 elektron-antineutrino's en 2 beta-deeltjies. In 'n hipotetiese neutrinolose dubbele beta-verval word neutrino's nie geproduseer nie.
Elektroniese vaslegging
'n Proton kan in 'n neutron verander deur 'n proses wat elektronopvang of K-vaslegging genoem word. Wanneer die kern 'n oormaat aantal protone relatief tot die aantal neutrone het, lyk dit of die elektron, as 'n reël, van die binneste elektronskil in die kern val. Die elektron van die orbitaal word vasgevang deur die ouerkern, waarvan die produkte die dogterkern en die neutrino is. Die atoomgetal van die resulterende dogterkern neem af met 1, maar die totale aantal protone en neutrone bly dieselfde.
Fusie-reaksie
Die swak krag is betrokke by kernfusie, die reaksie wat die son aandryf en samesmelting (waterstof)bomme.
Die eerste stap in waterstofsamesmelting is die botsing van tweeprotone met genoeg krag om die wedersydse afstoting wat hulle ervaar as gevolg van hul elektromagnetiese interaksie te oorkom.
As beide deeltjies naby mekaar geplaas word, kan sterk interaksie hulle bind. Dit skep 'n onstabiele vorm van helium (2He), wat 'n kern met twee protone het, in teenstelling met die stabiele vorm (4He), wat twee neutrone en twee protone het.
Die volgende stap is die swak interaksie. As gevolg van 'n oormaat protone, ondergaan een van hulle beta-verval. Daarna vorm ander reaksies, insluitend intermediêre vorming en samesmelting 3Hy, uiteindelik 'n stabiele 4He.
