რა არის სუსტი ძალა ფიზიკაში?

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 05:32

სუსტი ძალა არის ერთ-ერთი იმ ოთხი ფუნდამენტური ძალიდან, რომელიც მართავს სამყაროს მთელ მატერიას. დანარჩენი სამი არის გრავიტაცია, ელექტრომაგნიტიზმი და ძლიერი ძალა. მიუხედავად იმისა, რომ სხვა ძალები აკავებენ ნივთებს, სუსტი ძალა დიდ როლს თამაშობს მათ დაშლაში.

სუსტი ძალა უფრო ძლიერია ვიდრე გრავიტაცია, მაგრამ ის ეფექტურია მხოლოდ ძალიან მცირე დისტანციებზე. ძალები მოქმედებს სუბატომურ დონეზე და თამაშობს გადამწყვეტ როლს ვარსკვლავებისთვის ენერგიის მიწოდებაში და ელემენტების შექმნაში. ის ასევე პასუხისმგებელია სამყაროს ბუნებრივი გამოსხივების უმეტეს ნაწილზე.

ფერმის თეორია

იტალიელმა ფიზიკოსმა ენრიკო ფერმიმ 1933 წელს შეიმუშავა თეორია ბეტა დაშლის, ნეიტრონის პროტონად გადაქცევისა და ელექტრონის გამოდევნის პროცესის ასახსნელად, რომელსაც ამ კონტექსტში ხშირად უწოდებენ ბეტა ნაწილაკს. მან აღმოაჩინა ახალი ტიპის ძალა, ეგრეთ წოდებული სუსტი ძალა, რომელიც პასუხისმგებელია დაშლაზე, ნეიტრონის პროტონად, ნეიტრინოდ და ელექტრონად გადაქცევის ფუნდამენტური პროცესი, რომელიც მოგვიანებით ანტინეიტრინოდ იქნა იდენტიფიცირებული.

ფერმი თავდაპირველადვივარაუდოთ, რომ იყო ნულოვანი მანძილი და ადჰეზია. ორი ნაწილაკი უნდა ყოფილიყო კონტაქტში, რათა ძალა იმუშაოს. მას შემდეგ გაირკვა, რომ სუსტი ძალა არის რეალურად მიმზიდველი ძალა, რომელიც ვლინდება უკიდურესად მცირე მანძილზე, პროტონის დიამეტრის 0,1%-ის ტოლი..

ელექტრონული სუსტი ძალა

რადიოაქტიური დაშლისას სუსტი ძალა დაახლოებით 100000-ჯერ ნაკლებია ელექტრომაგნიტურ ძალაზე. თუმცა, ახლა ცნობილია, რომ ის არსებითად ელექტრომაგნიტურის ტოლია და ეს ორი აშკარად განსხვავებული ფენომენი ითვლება ერთი ელექტროსუსტი ძალის გამოვლინებად. ამას ადასტურებს ის ფაქტი, რომ ისინი აერთიანებენ 100 გევ-ზე მეტ ენერგიას.

ზოგჯერ ამბობენ, რომ სუსტი ურთიერთქმედება მოლეკულების დაშლაში ვლინდება. თუმცა, ინტერმოლეკულურ ძალებს ელექტროსტატიკური ხასიათი აქვს. ისინი აღმოაჩინა ვან დერ ვაალსმა და მის სახელს ატარებენ.

სტანდარტული მოდელი

სუსტი ურთიერთქმედება ფიზიკაში არის სტანდარტული მოდელის ნაწილი - ელემენტარული ნაწილაკების თეორია, რომელიც აღწერს მატერიის ფუნდამენტურ სტრუქტურას ელეგანტური განტოლებების ნაკრების გამოყენებით. ამ მოდელის მიხედვით, ელემენტარული ნაწილაკები, ანუ ის, რაც არ შეიძლება დაიყოს პატარა ნაწილებად, არის სამყაროს სამშენებლო ბლოკები.

ერთ-ერთი ამ ნაწილაკებიდან არის კვარკი. მეცნიერები არ ვარაუდობენ არაფრის ნაკლებს, მაგრამ მაინც ეძებენ. არსებობს კვარკების 6 სახეობა ან სახეობა. მოდი დავალაგოთ ისინიმასის მატება:

• ზედა;
• ქვედა;
• უცნაური;
• მოჯადოებული;
• საყვარელი;
• true.

სხვადასხვა კომბინაციებში ისინი ქმნიან სხვადასხვა სახის სუბატომურ ნაწილაკებს. მაგალითად, პროტონები და ნეიტრონები - ატომის ბირთვის დიდი ნაწილაკები - თითოეული შედგება სამი კვარკისგან. ზედა ორი და ქვედა ქმნიან პროტონს. ზედა ერთი და ორი ქვედა ქმნიან ნეიტრონს. კვარკის ტიპის შეცვლამ შეიძლება პროტონი გადააქციოს ნეიტრონად, რითაც ერთი ელემენტი გადააქციოს მეორეში.

ელემენტარული ნაწილაკების კიდევ ერთი ტიპია ბოზონი. ეს ნაწილაკები ურთიერთქმედების მატარებლები არიან, რომლებიც შედგება ენერგიის სხივებისგან. ფოტონები ბოზონის ერთი ტიპია, გლუონები - მეორე. ამ ოთხი ძალიდან თითოეული არის ურთიერთქმედების მატარებლების გაცვლის შედეგი. ძლიერ ურთიერთქმედებას ახორციელებს გლუონი, ხოლო ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას ფოტონი. გრავიტონი თეორიულად არის გრავიტაციის მატარებელი, მაგრამ ის არ არის ნაპოვნი.

W- და Z-ბოზონები

სუსტი ურთიერთქმედება ხორციელდება W- და Z-ბოზონებით. ეს ნაწილაკები იწინასწარმეტყველეს ნობელის პრემიის ლაურეატებმა სტივენ ვაინბერგმა, შელდონ სალამმა და აბდუს გლეშოუმ 1960-იან წლებში და აღმოაჩინეს 1983 წელს ბირთვული კვლევების ევროპული ორგანიზაცია CERN-ში.

W-ბოზონები ელექტრული დამუხტულია და აღინიშნება სიმბოლოებით W⁺ (დადებითად დამუხტული) და W^{- (უარყოფითად დამუხტული). W-ბოზონი ცვლის ნაწილაკების შემადგენლობას. ელექტრულად დამუხტული W ბოზონის გამოსხივებით, სუსტი ძალა ცვლის კვარკის სახეობას და ქმნის პროტონს.ნეიტრონში ან პირიქით. ეს არის ის, რაც იწვევს ბირთვულ შერწყმას და იწვევს ვარსკვლავების წვას.}

ეს რეაქცია ქმნის უფრო მძიმე ელემენტებს, რომლებიც საბოლოოდ გადააგდებენ კოსმოსს ზეახალი აფეთქებების შედეგად, რათა გახდნენ პლანეტების, მცენარეების, ადამიანებისა და სხვა ყველაფრის სამშენებლო ბლოკები დედამიწაზე.

ნეიტრალური დენი

Z-ბოზონი ნეიტრალურია და ატარებს სუსტ ნეიტრალურ დენს. მისი ურთიერთქმედება ნაწილაკებთან ძნელია გამოვლენილი. 1960-იან წლებში W- და Z-ბოზონების ექსპერიმენტულმა ძიებამ მეცნიერები მიიყვანა თეორიამდე, რომელიც აერთიანებს ელექტრომაგნიტურ და სუსტ ძალებს ერთ „ელექტროსუსტად“. თუმცა, თეორია მოითხოვდა, რომ გადამზიდავი ნაწილაკები უწონად ყოფილიყო და მეცნიერებმა იცოდნენ, რომ თეორიულად W ბოზონი მძიმე უნდა ყოფილიყო მისი მოკლე დიაპაზონის ასახსნელად. თეორეტიკოსებმა W მასა მიაწერეს უხილავ მექანიზმს, რომელსაც ჰიგსის მექანიზმი ჰქვია, რომელიც უზრუნველყოფს ჰიგსის ბოზონის არსებობას.

2012 წელს CERN-მა გამოაცხადა, რომ მეცნიერებმა, რომლებიც იყენებენ მსოფლიოს უდიდეს ამაჩქარებელს, დიდ ადრონულ კოლაიდერს, დააფიქსირეს ახალი ნაწილაკი "ჰიგსის ბოზონის შესაბამისი"..

ბეტა დაშლა

სუსტი ურთიერთქმედება ვლინდება β-დაშლაში - პროცესი, რომლის დროსაც პროტონი გადაიქცევა ნეიტრონად და პირიქით. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ძალიან ბევრი ნეიტრონის ან პროტონის მქონე ბირთვში ერთი მათგანი გარდაიქმნება მეორეში.

ბეტა დაშლა შეიძლება მოხდეს ორიდან ერთი გზით:

1. მინუს ბეტა დაშლაში, ზოგჯერ იწერება როგორცβ− -დაშლა, ნეიტრონი იყოფა პროტონად, ანტინეიტრინოდ და ელექტრონად.
2. სუსტი ურთიერთქმედება ვლინდება ატომის ბირთვების დაშლაში, რომელიც ზოგჯერ იწერება როგორც β+-დაშლა, როდესაც პროტონი იყოფა ნეიტრონად, ნეიტრინოდ და პოზიტრონად..

ერთ-ერთი ელემენტი შეიძლება გადაიქცეს მეორეში, როდესაც მისი ერთ-ერთი ნეიტრონი სპონტანურად გადაიქცევა პროტონად მინუს ბეტა დაშლის გზით, ან როდესაც მისი ერთ-ერთი პროტონი სპონტანურად გადაიქცევა ნეიტრონად β+-დაშლა.

ორმაგი ბეტა დაშლა ხდება მაშინ, როდესაც ბირთვში 2 პროტონი ერთდროულად გარდაიქმნება 2 ნეიტრონად ან პირიქით, რის შედეგადაც გამოიყოფა 2 ელექტრონ-ანტინეიტრინო და 2 ბეტა ნაწილაკი. ჰიპოთეტური უნეიტრინო ორმაგი ბეტა დაშლისას ნეიტრინოები არ წარმოიქმნება.

ელექტრონული გადაღება

პროტონი შეიძლება გადაიქცეს ნეიტრონად პროცესის მეშვეობით, რომელსაც ეწოდება ელექტრონის დაჭერა ან K-დაჭერა. როდესაც ბირთვს აქვს პროტონების ჭარბი რაოდენობა ნეიტრონების რაოდენობასთან შედარებით, ელექტრონი, როგორც წესი, შიდა ელექტრონული გარსიდან, როგორც ჩანს, ბირთვში ვარდება. ორბიტალის ელექტრონი იპყრობს მშობლის ბირთვს, რომლის პროდუქტებია შვილობილი ბირთვი და ნეიტრინო. მიღებული შვილობილი ბირთვის ატომური რიცხვი მცირდება 1-ით, მაგრამ პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა იგივე რჩება.

შერწყმის რეაქცია

სუსტი ძალა მონაწილეობს ბირთვულ შერწყმაში, რეაქციაში, რომელიც კვებავს მზეს და შერწყმა (წყალბადის) ბომბებს.

წყალბადის შერწყმის პირველი ნაბიჯი არის ორის შეჯახებაპროტონები, რომლებსაც აქვთ საკმარისი ძალა, რათა გადალახონ ორმხრივი მოგერიება, რომელსაც განიცდიან ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გამო.

თუ ორივე ნაწილაკი ერთმანეთთან ახლოს არის განთავსებული, ძლიერმა ურთიერთქმედებამ შეიძლება დააკავშიროს ისინი. ეს ქმნის ჰელიუმის არასტაბილურ ფორმას (²He), რომელსაც აქვს ბირთვი ორი პროტონით, განსხვავებით სტაბილური ფორმისგან (^{4He), რომელსაც აქვს ორი ნეიტრონი და ორი პროტონი.}

შემდეგი ნაბიჯი არის სუსტი ურთიერთქმედება. პროტონების სიჭარბის გამო, ერთ-ერთი მათგანი ბეტა დაშლას განიცდის. ამის შემდეგ, სხვა რეაქციები, მათ შორის შუალედური ფორმირება და შერწყმა ³He, საბოლოოდ ქმნიან სტაბილურ ^4He.