Kuasa lemah ialah salah satu daripada empat kuasa asas yang mengawal semua jirim di alam semesta. Tiga yang lain ialah graviti, elektromagnetisme, dan daya kuat. Walaupun kuasa lain menyatukan sesuatu, kuasa yang lemah memainkan peranan besar dalam memecahkannya.
Daya lemah adalah lebih kuat daripada graviti, tetapi ia berkesan hanya pada jarak yang sangat kecil. Force beroperasi pada peringkat subatom dan memainkan peranan penting dalam membekalkan tenaga kepada bintang dan mencipta unsur. Ia juga bertanggungjawab untuk kebanyakan sinaran semula jadi di alam semesta.
Teori Fermi
Ahli fizik Itali Enrico Fermi membangunkan teori pada tahun 1933 untuk menerangkan pereputan beta, proses menukar neutron kepada proton dan mengeluarkan elektron, sering dirujuk dalam konteks ini sebagai zarah beta. Dia mengenal pasti jenis daya baharu, yang dipanggil daya lemah, yang bertanggungjawab untuk pereputan, proses asas perubahan neutron kepada proton, neutrino dan elektron, yang kemudiannya dikenal pasti sebagai antineutrino.
Fermi pada asalnyadiandaikan bahawa terdapat sifar jarak dan lekatan. Kedua-dua zarah itu perlu bersentuhan untuk daya berfungsi. Sejak itu, telah didedahkan bahawa daya lemah sebenarnya adalah daya menarik yang menjelma dalam jarak yang sangat dekat, bersamaan dengan 0.1% daripada diameter proton.
Kuasa elektrik weak
Dalam pereputan radioaktif, daya lemah adalah kira-kira 100,000 kali lebih kecil daripada daya elektromagnet. Walau bagaimanapun, ia kini diketahui secara intrinsik sama dengan yang elektromagnet, dan kedua-dua fenomena yang nampaknya berbeza ini dianggap sebagai manifestasi satu daya lemah elektro. Ini disahkan oleh fakta bahawa ia bergabung pada tenaga lebih daripada 100 GeV.
Kadang-kadang mereka mengatakan bahawa interaksi yang lemah ditunjukkan dalam pereputan molekul. Walau bagaimanapun, daya antara molekul adalah bersifat elektrostatik. Mereka ditemui oleh van der Waals dan memakai namanya.
Model Standard
Interaksi lemah dalam fizik adalah sebahagian daripada model piawai - teori zarah asas, yang menerangkan struktur asas jirim menggunakan satu set persamaan elegan. Menurut model ini, zarah asas, iaitu, yang tidak boleh dibahagikan kepada bahagian yang lebih kecil, adalah blok bangunan alam semesta.
Salah satu daripada zarah ini ialah kuark. Para saintis tidak menganggap kewujudan sesuatu yang kurang, tetapi mereka masih mencari. Terdapat 6 jenis atau jenis quark. Mari kita susun merekapeningkatan jisim:
- atas;
- rendah;
- pelik;
- terpesona;
- comel;
- benar.
Dalam pelbagai kombinasi, mereka membentuk pelbagai jenis zarah subatom. Contohnya, proton dan neutron - zarah besar nukleus atom - setiap satu terdiri daripada tiga quark. Dua atas dan bawah membentuk proton. Bahagian atas dan dua bahagian bawah membentuk neutron. Menukar jenis quark boleh menukar proton kepada neutron, dengan itu menukar satu unsur kepada unsur lain.
Satu lagi jenis zarah asas ialah boson. Zarah ini adalah pembawa interaksi, yang terdiri daripada pancaran tenaga. Foton adalah satu jenis boson, gluon adalah satu lagi. Setiap daripada empat daya ini adalah hasil daripada pertukaran pembawa interaksi. Interaksi kuat dilakukan oleh gluon, dan interaksi elektromagnet oleh foton. Graviton secara teorinya adalah pembawa graviti, tetapi ia tidak ditemui.
W- dan Z-boson
Interaksi yang lemah dibawa oleh W- dan Z-boson. Zarah ini telah diramalkan oleh pemenang Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam dan Abdus Gleshow pada 1960-an dan ditemui pada 1983 di Pertubuhan Penyelidikan Nuklear Eropah CERN.
W-boson dicas secara elektrik dan dilambangkan dengan simbol W+ (bercas positif) dan W- (bercas negatif). W-boson mengubah komposisi zarah. Dengan memancarkan W boson bercas elektrik, daya lemah mengubah jenis quark, menjadikan protonmenjadi neutron atau sebaliknya. Inilah yang menyebabkan pelakuran nuklear dan menyebabkan bintang terbakar.
Tindak balas ini menghasilkan unsur yang lebih berat yang akhirnya dibuang ke angkasa lepas oleh letupan supernova untuk menjadi bahan binaan planet, tumbuhan, manusia dan segala-galanya di Bumi.
Arus neutral
Z-boson adalah neutral dan membawa arus neutral yang lemah. Interaksinya dengan zarah sukar dikesan. Pencarian eksperimen untuk W- dan Z-boson pada tahun 1960-an membawa saintis kepada teori yang menggabungkan daya elektromagnet dan lemah menjadi satu "electroweak". Walau bagaimanapun, teori itu memerlukan zarah pembawa menjadi tanpa berat, dan saintis tahu bahawa secara teorinya boson W perlu berat untuk menerangkan julat pendeknya. Ahli teori telah mengaitkan jisim W kepada mekanisme yang tidak kelihatan yang dipanggil mekanisme Higgs, yang memperuntukkan kewujudan boson Higgs.
Pada 2012, CERN melaporkan bahawa saintis yang menggunakan pemecut terbesar di dunia, Large Hadron Collider, telah memerhatikan zarah baharu "sepadan dengan boson Higgs."
Reput Beta
Interaksi yang lemah ditunjukkan dalam pereputan β - proses di mana proton bertukar menjadi neutron dan begitu juga sebaliknya. Ia berlaku apabila, dalam nukleus dengan terlalu banyak neutron atau proton, salah satu daripadanya ditukar kepada yang lain.
Reput beta boleh berlaku dalam salah satu daripada dua cara:
- Dalam pereputan tolak-beta, kadangkala ditulis sebagaiβ− -pereputan, neutron berpecah kepada proton, antineutrino dan elektron.
- Interaksi lemah ditunjukkan dalam pereputan nukleus atom, kadangkala ditulis sebagai β+-pereputan, apabila proton berpecah kepada neutron, neutrino dan positron.
Salah satu unsur boleh bertukar menjadi satu lagi apabila salah satu neutronnya secara spontan bertukar menjadi proton melalui pereputan tolak-beta, atau apabila salah satu protonnya secara spontan bertukar menjadi neutron melalui β+-pereputan.
Reput beta berganda berlaku apabila 2 proton dalam nukleus secara serentak bertukar menjadi 2 neutron atau sebaliknya, mengakibatkan pelepasan 2 elektron-antineutrino dan 2 zarah beta. Dalam pereputan beta berganda tanpa neutrino hipotesis, neutrino tidak dihasilkan.
Tangkapan elektronik
Proton boleh bertukar menjadi neutron melalui proses yang dipanggil tangkapan elektron atau tangkapan K. Apabila nukleus mempunyai lebihan bilangan proton berbanding dengan bilangan neutron, elektron, sebagai peraturan, dari kulit elektron dalam nampaknya jatuh ke dalam nukleus. Elektron orbital ditangkap oleh nukleus induk, hasil daripadanya ialah nukleus anak perempuan dan neutrino. Nombor atom nukleus anak yang terhasil berkurangan sebanyak 1, tetapi jumlah bilangan proton dan neutron kekal sama.
Tindak balas gabungan
Kuasa lemah terlibat dalam pelakuran nuklear, tindak balas yang menggerakkan matahari dan bom pelakuran (hidrogen).
Langkah pertama dalam pelakuran hidrogen ialah perlanggaran duaproton dengan daya yang mencukupi untuk mengatasi tolakan bersama yang mereka alami kerana interaksi elektromagnetnya.
Jika kedua-dua zarah diletakkan berdekatan antara satu sama lain, interaksi yang kuat boleh mengikatnya. Ini menghasilkan bentuk helium yang tidak stabil (2He), yang mempunyai nukleus dengan dua proton, berbanding dengan bentuk stabil (4He), yang mempunyai dua neutron dan dua proton.
Langkah seterusnya ialah interaksi yang lemah. Disebabkan lebihan proton, salah seorang daripadanya mengalami pereputan beta. Selepas itu, tindak balas lain, termasuk pembentukan perantaraan dan pelakuran 3He, akhirnya membentuk stabil 4He.
