interacțiune slabă

1. Interactiunea slaba - una dintre cele patru interacțiuni fundamentale

2. Proprietățile interacțiunii slabe

3. Istoria studiului

4. Rolul naturii

Lista literaturii second-hand

1. Interactiunea slaba - una dintre cele patru interacțiuni fundamentale

Interactiunea slaba, sau forța nucleară slabă - una dintre cele patru interacțiuni fundamentale ale naturii. Acesta este responsabil, în special, pentru dezintegrarea beta a nucleelor. Această interacțiune este numit slab, deoarece celelalte două interacțiuni importante pentru Fizică Nucleară (puternică și electromagnetică), caracterizată printr-o intensitate mult mai mare. Cu toate acestea, este mult mai puternic decât un sfert din interacțiunile fundamentale, gravitatia. Forțele de interacțiune slabă nu este suficientă pentru a reține particulele apropiate unul de altul (adică, formând o stare conectată). Se poate manifesta numai în degradare și transformările reciproce ale particulelor.

interacțiune slabă este scurt - este prezentat la distanțe mult mai mici decât mărimea nucleelor ​​atomice (raza de interacțiune caracteristică a 2 · 10 # 63; 18 m).

Vector interacțiune slabă sunt bosoni vectoriale. și. O distincție în reacție așa numiții curenti slabi de curenti slabi încărcate și neutre. Interacțiunea curenților încărcate (cu ajutorul bosoni percepute) conduce la o schimbare de încărcare a particulelor și a transforma unele leptoni cuarci și alte leptoni și cuarci. Interacțiunea curentilor neutri (care implică bosonul neutru) nu se schimba taxele de particule și se traduce leptoni și quarci în aceeași particulă.

Pentru prima dată, au fost observate interacțiuni slabe atunci când în dezintegrarea nucleelor ​​atomice. Și, după cum sa dovedit, aceste dezintegrări sunt asociate cu transformări ale protonului într-un neutron în nucleu și invers:

p> n + + ne + e, n> p + e + e,

unde n - un neutron, p - proton, e - electroni, n # 63; - antineutrino electron e.

Particulele elementare pot fi împărțite în trei grupe:

1) fotoni; Acest grup este format din doar o singură particulă - foton - cuantic de radiații electromagnetice;

. 2) leptoni (din limba greacă „Leptos“ - lumina) implicat doar în interacțiunile electromagnetice și slabe. Prin leptonilor sunt electroni și miuonici neutrino, electron, muon, și a deschis în 1975 un lepton greu - lepton sau Thaon, cu o masă de aproximativ 3487me, precum și antiparticule corespunzătoare acestora. leptoni Titlu datorită faptului că masele de leptonilor prima cunoscute au fost mai puțin din greutatea tuturor celorlalte particule. Aceasta se referă, de asemenea, leptonilor Thaon neutrini a căror existență a fost recent constatat, de asemenea;

. 3) hadroni (din grecescul "Adros" - mare, puternic). Hadronii prezintă o interacțiune puternică, împreună cu electromagnetice și slabi. Dintre particulele discutate mai sus, acestea includ protoni, neutroni, pionii și kaonii.

2. Proprietățile interacțiunii slabe

O interacțiune slabă are proprietăți distinctive:

1. În interacțiunea slabă implică toate fermioni fundamentale (leptoni și quarcuri). Fermioni (de la numele fizicianul italian Fermi) - particule elementare, nucleele atomice, atomi, având o valoare de jumătate de număr întreg de la propriul său impuls. Exemple de fermionilor: cuarci (ele formează protoni și neutroni, care sunt de asemenea fermionilor), leptoni (electroni, muoni, leptoni tau, neutrini). Această interacțiune unică în care neutrinului implicate (cu excepția gravitației, este neglijabilă în laborator), ceea ce explică capacitatea imensa penetrantă a acestor particule. interacțiune slabă permite leptoni cuarci și antiparticula de schimb de energie, masă, sarcină electrică și numere cuantice - adică transformați unul in altul.

2. interacțiune slabă devine numele său de la faptul că intensitatea sa caracteristică este mult mai mică decât cea a electromagnetismului. În fizica particulelor, intensitatea interacțiunii este caracterizat de obicei viteza proceselor cauzate de această interacțiune. Procesele continua mai rapid, cu cât intensitatea interacțiunii. La energiile de interacțiune particule de ordinul a 1 GeV vitezei caracteristice proceselor cauzate de interacțiunea slabă, este de aproximativ 10 # 63; 10, aproximativ 11 ordine de mărime mai mare decât pentru procesele electromagnetice, adică a proceselor slab - este un proces extrem de lent.

3. O altă caracteristică a intensității interacțiunii este calea medie fără particule în mediu. Astfel, pentru a se opri datorită interacțiunii puternice a Hadron zboară necesară placa de fier de câțiva centimetri grosime. În același timp, neutrino, care participă la doar interacțiuni slabe pot zbura prin grosimea plăcilor în miliarde de kilometri.

4. O interacțiune slabă are un interval foarte scurt - aproximativ 2 · 10-18 m (aceasta este dimensiunea nucleu de aproximativ 1000 de ori mai mic). Din acest motiv, în ciuda faptului că interacțiunea slabă este raza gravitationala mult mai puternic de acțiune, care nu este limitată, ea joacă un rol mult mai mic. De exemplu, chiar și pentru nuclee la o distanță de 10 # 63; 10 m, interacțiunea slabă este mai slabă, nu numai electromagnetic, ci și gravitațional.

5. Intensitatea proceselor slabe depinde foarte mult de energia particulelor care interacționează. Cu cât mai mare de energie, cu atât mai mare intensitate. De exemplu, în sile energia de repaus interacțiune cu neutroni slab este egal cu aproximativ 1 GeV, se dezintegrează în aproximativ 103, și L hiperon, a cărui masă este de o sută de ori mai mare - mai mult de 10 # 63; 10. Același lucru este valabil și pentru neutrini interacțiune de energie înaltă secțiune transversală a nucleon neutrini cu 100 GeV șase ordine de mărime mai mare decât cea a neutrinilor cu energii de aproximativ 1 MeV. Cu toate acestea, la energii de câteva sute de GeV (centrul de masă al particulelor de coliziune) devine rezistență slabă interacțiune comparabilă cu energia interacțiunii electromagnetice, prin care acestea pot fi descrise ca o interacțiune electroslabă mod unitar. In fizica particulelor de interacțiune electroslab este o descriere generală a două dintre cele patru interacțiuni fundamentale: interacțiunea slabă și interacțiunea electromagnetică. Cu toate că aceste două interacțiuni sunt foarte diferite pentru consum redus de energie convențională, în teorie, ele sunt prezentate ca două manifestări diferite ale interacțiunii. ele sunt unite într-o singură interacțiune electroslab la energii deasupra energia asocierii (de ordinul a 100 GeV). interacțiune electroslaba - interacțiune, care implică quark și leptoni, care radiază și fotoni sau grele bosonii vectoriale intermediare W +, W-, Z0 absorbant. E. în. descris de o teorie gauge cu simetrie rupt spontan.

6. Interacțiunea slabă este singura dintre interacțiunile fundamentale, care nu face legea conservării paritate, ceea ce înseamnă că legile care fac obiectul unor procese slabe, schimbarea sistemului de reflecție speculară. încălcarea Paritatea a legii de conservare conduce la faptul că interacțiunea slabă a lăsat doar particulele expuse (de spin, care este direcționat impuls în sens opus), dar nu și din dreapta (care este codirectional cu impulsul de spin) și vice-versa: antiparticulă dreapta interacționează cel mai slab mod, dar a lăsat - inertă.

Funcționarea inversia spațială este de a converti P

Operațiunea P schimbă semn orice vector polar

Funcționarea sistemului de inversare spațială într-o oglindă simetrică. simetrie în oglindă se observă în procesele sub influența interacțiunilor puternice și electromagnetice. de simetrie în oglindă în aceste procese este că specularly simetrice tranzițiile de stat sunt puse în aplicare cu aceeași probabilitate.

1957 # 63; Yang Chzhennin, Li Tszundao a câștigat Premiul Nobel pentru fizică. Pentru studii aprofundate ale așa-numitelor legi de paritate, care a condus la descoperiri importante în domeniul particulelor elementare.

7. În plus față de paritatea spațială, interacțiunea slabă nu se păstrează bine și combinate spațiu-taxa-paritate, adică, doar una dintre interacțiunile cunoscute încalcă principiul CP-invarianta.

Încărcați simetrie înseamnă că, dacă există orice proces care implică particule, apoi pentru înlocuirea lor cu antiparticula (conjugare încărcare), procesul de asemenea, există și apar cu aceeași probabilitate. Încărcați simetrie este absent în procesele care implică neutrini și antineutrini. În natură, există doar stângaci neutrinii și antineutrinii dreptaci. Dacă fiecare dintre aceste particule (pentru definiteness, considerăm neutrinul electronic și antineutrino ne e) să supună funcționarea conjugare de încărcare, ei vor merge la obiecte existente cu numerele leptoni și spirala.

Astfel, în interacțiunile slabe încalcă atât P- și C-invarianță. Cu toate acestea, în cazul în care peste neutrino (antineutrino) efectuează două operații succesive # 63; P- și C_preobrazovaniya (ordinea operațiilor nu este importantă), apoi din nou obținem neutrini care există în natură. Secvența de operații și (sau invers), se numește CP-conversie. Rezultat CP_preobra-mations (inversiune combinate) și e ne următoarele:

Astfel, pentru neutrinii și antineutrinii operație, se transformă într-o antiparticulă de particule nu se percepe operarea conjugare și CP-conversie.

3. Istoria studiului

Studiul interacțiunilor slabe a durat o lungă perioadă de timp.
In 1896, Becquerel au descoperit că sărurile de uraniu emit radiații penetrante (în dezintegrarea toriului). Acesta a fost începutul studiului interacțiunilor slabe.
In 1930, Pauli a emis ipoteza că, atunci când în descompunere, împreună cu electroni (e) emite particule neutre, # 63; neutrinii (district).

În același an Fermi a sugerat că teoria câmpului cuantic în descompunere. dezintegrare neutron (n) este o consecință a interacțiunii dintre două curente: neutron hadronică curent se traduce printr-un proton (p), lepton - produce un electron pereche + neutrino.

In 1956, Raines a fost observat pentru prima reacție ep> ne + experimente în vecinătatea unui reactor nuclear.

Lee și Yang a explicat paradoxul în dezintegrările K + mezoni (p

și mister) # 63; descompunere 2 și 3 pion. Acesta este asociat cu încălcarea paritate. asimetrie oglindă observate în nucleele stricăciunii, descompunerea muonilor, pionii K-mezonilor și hyperons.
În 1957 godu Gell-Mann, Feynman, Marshak, Sudarshan a propus o interacțiune slabă teorie universală bazată pe hadroni cuarci structura. Această teorie, numită V-O teorie a condus la descrierea interactiunii slabe prin intermediul diagramelor Feynman.

În același timp, au fost descoperite în mod fundamental noi fenomene: violarea simetriei CP și curenți neutri.

În 1960 Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg și Abdus Salam pe baza bine stabilită în momentul teoriei câmpului cuantic a fost o teorie a interacțiunii electro, care combină interacțiunea slabă și eektromagnitnoe. Au fost introduse de câmpurile gauge și cuantele acestor câmpuri - bosonii vectoriale. și ca purtători ai vzaimodestviya slab. Mai mult, sa prezis existenta curentilor slabyhneytralnyh necunoscute anterior. Acești curenți au fost descoperite experimental in 1973 in studiul împrăștierii elastice a neutrinilor și antineutrinii prin nucleoni.

4. Rolul naturii

forța nucleară slabă

Conform teoriei Fermi, electronul și neutrinul (mai precis: antineutrino) emisă de nuclee b-radioactiv nu au fost acolo înainte, și au loc la momentul de degradare.

În plus față de reacțiile de fuziune nucleară, interacțiune slabă poate duce la degradare și de particule masive în bricheta. Acest tip de degradare se numește degradare slabă. În special, tocmai din cauza acestei particule de concentrare de degradare, cum ar fi muonilor, p-mezonilor, particule stranii și fascinat sunt neglijabile în natură. Faptul este că, spre deosebire de alte tipuri de interacțiuni fundamentale, interacțiunea slabă nu este supusă unor interdicții, permițând leptonilor încărcate transforme în neutrini și quarci de cuarci aromă într-o altă aromă.

Un caz deosebit de important de degradare slabă este dezintegrarea beta a neutronului, în care un neutron se poate transforma spontan intr-un proton, un electron și un electron antineutrino. Cu toate acestea, după cum este bine cunoscut, intensitatea dezintegrarilor atomilor slabe scade odată cu scăderea energiei, atât de caracteristică de neutroni de înjumătățire este suficient de mare - aproximativ 103, în timp ce în A hiperon, energia este eliberată în timpul descompunerii care este durata de viata de 100 de ori mai mare de numai 10 # 63; 10.

In ciuda intervalului scurt și micimea relativă a interacțiunii slabe este important pentru un număr de procese naturale. În particular, această interacțiune slabă cauzată de fluxul reacției de fuziune, care este principala sursă de energie a majorității stelelor, inclusiv soarele, - reacția de sinteză cu heliu-4 protoni din patru cu două emisie de pozitroni doi neutrino. Un rol important în evoluția stelelor joacă și alte procese, însoțite de o emisie de neutrini și datorită prezenței unei interacțiuni slabe. Astfel de procese determină pierderea de energie în stele foarte calde, precum și în explozii de supernove, însoțită de formarea pulsarilor. Pulsamr - sursă spațială de radio (pulsar), optice (pulsar optic), cu raze X (pulsar cu raze X) și / sau (gamma pulsar) radiația gamma ajunge pe pământ în formă de exploziile periodice (impulsuri).

Dacă ar fi posibil să se „opri“, în S .. Sun să fie apoi stins, adică. K. Un proton ar fi fost imposibil de conversie proces (p) în neutroni (n), pozitroni (e +), neutrinii și (n). Ca rezultat al acestui proces, „epuizare“ a hidrogenului în Soare și patru protoni sunt transformate în nucleu de heliu format din doi protoni si doi neutroni. Acest proces servește ca sursă de energie, cum ar fi soarele, iar majoritatea stele.

Lista literaturii second-hand

1. Novojilov Yu.V. Introducere în teoria particulelor elementare. Nauka, Moscova, 1972

2. biban B. Interacțiunea slabă a particulelor elementare. M. Fizmatgiz 1963

Plasat pe Allbest.ru