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Quelle est l'interaction faible en physique?

L'interaction faible – est l'une des quatre forces fondamentales qui régissent toute la matière dans l'univers. Les trois autres – la gravitation, l' électromagnétisme et l'interaction forte. Alors que d'autres forces tiennent des choses ensemble, la force faible joue un rôle important dans leur destruction.

L'interaction faible est plus forte gravité, mais il est efficace que sur des distances très courtes. Force agit sur le niveau subatomique, et joue un rôle crucial pour assurer l'énergie des étoiles et la création d'éléments. Il est également responsable d'une grande partie du rayonnement naturel dans l'univers.

théorie fermi

physicien italien Enrico Fermi en 1933, a développé une théorie pour expliquer la désintégration bêta – le processus de conversion d'un neutron en un proton et un déplacement d'électrons, souvent appelé dans ce contexte, la particule bêta. Il a défini un nouveau type de pouvoir, le soi-disant interaction faible, qui était responsable de l'effondrement, le processus fondamental de la transformation d'un neutron en proton, un électron et un neutrino, qui a ensuite été identifié comme antineutrinos.

Fermi d'abord supposé qu'il y avait une distance de zéro et l'embrayage. Deux particules avaient raccordent à la force de travail. Comme il est devenu clair que l'interaction faible est en fait une force d' attraction, qui se manifeste dans une très courte distance, égale à 0,1% d'un diamètre de protons.

force électrofaible

La désintégration radioactive de la force faible est d' environ 100 000 fois plus petit que le électromagnétique. Cependant, on sait maintenant qu'il est intérieurement électromagnétique, et ces deux phénomènes distincts sont supposés représenter une manifestation d'une seule force électrofaible. Ceci est confirmé par le fait qu'ils se réunissent à des énergies plus de 100 GeV.

On dit parfois que l'interaction faible se manifeste dans la décomposition des molécules. Cependant les forces de mezhmolekulrnye sont de nature électrostatique. Ils ont été découverts par Van der Waals et portent son nom.

Le modèle standard

L'interaction faible en physique fait partie du modèle standard – théorie des particules élémentaires, qui décrit la structure fondamentale de la matière, en utilisant un ensemble d'équations élégantes. Selon ce modèle les particules élémentaires m. E. Cela ne peut être divisé en parties plus petites, sont les éléments constitutifs de l'univers.

Une telle particule est quark. Les scientifiques ne signifie pas l'existence de quelque chose plus petit, mais ils cherchent encore. Il y a 6 types ou variétés de quarks. Placez-les dans l'ordre de masse croissante:

  • supérieure;
  • inférieur;
  • pays;
  • enchanté;
  • belle;
  • vrai.

Dans diverses combinaisons, ils forment une grande variété de types de particules subatomiques. Par exemple, des protons et des neutrons – grosses particules de noyau atomique – se composent de trois chaque quark. comprennent deux protons supérieure et inférieure. Supérieure et deux forment un neutron inférieur. changement de qualité quark peut modifier proton à un neutron, transformant ainsi un élément à l'autre.

Un autre type de particule est un boson. Ces particules – interaction de vecteurs, qui se composent de faisceaux d'énergie. Photons sont un type de boson, gluons – l'autre. Chacun de ces quatre forces est le résultat de l'interaction d'échange entre les transporteurs. interaction forte est gluons et électromagnétique – photon. Graviton est théoriquement porteur de la force de gravité, mais il n'a pas été trouvé.

W- et Z bosons

L'interaction faible est médiatisée W- et Z-bosons. Ces particules ont été prédits par lauréats du prix Nobel Steven Weinberg, Sheldon Glashow Salam et Abdus dans les années 60 du siècle dernier, et les a trouvés en 1983 à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire du CERN.

W-bosons sont chargées électriquement et sont désignées par W + (chargés positivement) et W (chargé négativement). W-boson modifie la composition des particules. Emitting chargé électriquement W-boson, force faible quark modifie la teneur, en tournant un proton en neutron ou vice versa. C'est ce qui provoque la fusion nucléaire et fait brûler étoiles.

Cette réaction crée des éléments plus lourds que finalement éjectés dans l'espace par des explosions de supernova, pour devenir les éléments constitutifs des planètes, les plantes, les gens et tout le reste dans le monde.

courant neutre

Z-boson est neutre et a une faible courant de neutre. Son interaction avec les particules est difficile à détecter. Recherches expérimentales pour la W- et Z bosons dans les années 1960 a conduit les scientifiques à la théorie, combinant les électromagnétique et la force faible en un seul « électrofaible ». Cependant, la théorie a exigé que les particules porteuses d'être en état d'apesanteur, mais les scientifiques savent que la théorie W-boson devrait être lourd pour expliquer sa courte portée. W poids porté théoriciens à cause mécanisme invisible appelé mécanisme de Higgs qui prévoit l'existence de Higgs.

En 2012, le CERN a annoncé que les scientifiques en utilisant le plus grand accélérateur du monde – le Grand collisionneur de hadrons – a observé une nouvelle particule, « le boson de Higgs approprié. »

désintégration bêta

interaction faible se traduit par β-decay – un procédé dans lequel un proton est converti en un neutron et vice versa. Il se produit quand un noyau avec trop de neutrons ou des protons l'un d'eux converti à l'autre.

désintégration bêta peut être fait dans l'une des deux façons suivantes:

  1. Lorsque la désintégration bêta moins, parfois écrit β désintégration, neutrons divisé en un proton et un antineutrino électronique.
  2. interaction faible se traduit par la désintégration des noyaux atomiques, parfois écrite comme β + décroissance, lorsque le proton est divisé en un neutrino de neutrons et de positons.

L' un des éléments peut tourner dans l'autre, lorsque l' un de ses neutrons spontanément transformé en un proton par l' intermédiaire de la désintégration bêta négative, ou lorsque l' un de ses protons spontanément transformé en un neutron par β + désintégration.

Double désintégration bêta se produit quand une âme 2 en même temps transformé en neutrons à protons 2 ou vice versa, de sorte que le électrons émis antineutrinos 2 2 et des particules bêta. Dans l'hypothèse de la double désintégration bêta sans neutrino de neutrinos sont formés.

capture d'électrons

Proton peut se transformer en un neutron par un processus appelé capture d'électrons ou K-capture. Lorsque le noyau a un nombre excessif de protons par rapport au nombre de neutrons, électrons, généralement de l'intérieur de la coquille d'électrons comme tomber dans le noyau. orbitales électroniques capturé le noyau mère, les produits qui sont le noyau fille et neutrino. Le numéro atomique du noyau fille obtenu est décrémenté de 1, mais le nombre total de protons et de neutrons reste le même.

réaction thermonucléaire

L'interaction faible est impliqué dans la fusion nucléaire – bombe la réaction qui fournit l'énergie du soleil et thermonucléaires (hydrogène).

La première étape de la fusion de l'hydrogène est une collision de deux protons avec une force suffisante pour vaincre la répulsion mutuelle ressentie par eux en raison de leur interaction électromagnétique.

Si les deux particules sont disposées près de l'autre, une forte interaction peut les associer. Cela crée une forme d'hélium instable (2 He), qui a un noyau avec deux protons, contrairement à la forme stable (n ° 4), qui a deux protons et deux neutrons.

Dans l'étape suivante entre en jeu l'interaction faible. En raison de la surabondance de protons un d'eux subit une désintégration bêta. Après cela, l'autre réaction, y compris la formation intermédiaire et fusion de 3 He finissent par former un 4 stable He.