Zayıf kuvvetler radyoaktif bozunmayı nasıl kontrol eder? Neden bu gücün nasıl çalıştığından bahsetmiyoruz?
Dört temel kuvvet, doğadaki dört temel kuvvettir: güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet, elektromanyetik kuvvet ve yerçekimi.
Bilimsel gelişimin nihai amacı, en küçük atom altı parçacıklardan ölçülebilir en büyük ölçeğe kadar evrenin doğru bir resmini tanımlamayı ummaktır. Evrendeki maddeye ek olarak, daha da önemlisi bu maddelere etki eden dört temel kuvvettir. Sıklıkla güçlü kuvvet, elektromanyetik kuvvet ve yerçekiminin eylem modlarından bahsediyoruz. Bunlar itme ve çekiciliğe sahipler, ancak zayıf kuvvet söz konusu olduğunda, Çekirdeğin çürümesini kontrol ettiğini duymanın dışında, kuvvetle ilişkisini duymadığına inanıyorum? Bugün zayıf güce odaklanıyoruz!
Dört temel kuvveti anlayışımız
Genellikle dört temel kuvveti şu şekilde tanımlarız:
- Yerçekimi, kütle, enerji veya momentumlu herhangi bir nesneye etki eder. Bunun nedeni, uzayın bükülmesi veya gravitonların kuantum düzeyinde değiş tokuş edilmesiyle üretilen bir kuvvettir.Kütleçekimi yalnızca evrendeki her şeyi etkileyen çekici bir kuvvet sergiler.
- Elektromanyetik kuvvet herhangi bir yüklü parçacığa etki eder. Aynı türden yükler birbirini iter, zıt yükler birbirini çeker ve elektromanyetik kuvvete fotonlar aracılık eder. Sonsuz derecede uzakta gerçekleşebilir, ancak tarafsız maddenin bu güç duygusu yoktur.
- Renk yüklü herhangi bir parçacığa güçlü kuvvet etki eder Renk yüklü parçacıklar yalnızca kuarklar ve gluonlardır. Güçlü kuvvet, tek tek kuarkları baryonlar (protonlar veya nötronlar gibi) ve mezonlar biçiminde birbirine bağlar ve atom çekirdeklerini birbirine bağlar. Güçlü kuvvet yalnızca kısa bir mesafede işe yarayabilir ve renklerin nötr durumu hızla kaybolur.
- Zayıf kuvvet, radyoaktif bozunmayı sınırlar. W ve z bozonlarının aracılık ettiği çalışma mesafesi, güçlü kuvvetten daha kısadır.
Her zamanki tanımlamamızda zayıf kuvvet etkileşiminin bir açıklaması yoktur, bu çekim mi yoksa itme mi? Diğer bir deyişle, zayıf kuvvet hakkında konuştuğumuzda, bu gerçek bir kuvvet değil midir?
Şimdi tekrar düşünüyoruz ..., zayıf kuvvet bir kuvvet mi?
Ölçebileceğimiz parçacıklar için, kuvvetin etkisi parçacıkların momentumunun zamanla değişmesine neden olacaktır.Bu, günlük deneyimimizdeki ivmedir.
İlk üç tür kuvvet için, eylem biçimleri çok sezgiseldir: Yerçekimi her şeyi aşağı çeker, elektromanyetik kuvvet ya iter ya da çeker ve kuarkları ve atom çekirdeklerini güçlü bir şekilde bağlar. Bunu aşağıda ayrıntılı olarak tartışalım.
Klasik (kuantum olmayan) yerçekimi teorisinde, toplam enerji (esas olarak kütle, ama aynı zamanda tüm enerji türleri) uzay-zamanın bozulmasına neden olur ve evrendeki her parçacığın hareketi de uzay-zamanın bükülmesi nedeniyle değişir.
Yerçekimi ile ilgili daha temel bir teori olabilir, yani kuantum kütleçekimi teorisi Bu kanıtlanmamış teoride, gravitonlar birbirleriyle kütle veya enerji alışverişi yapabildiği için evrendeki her parçacık onu hissedebilir. Yerçekiminin varlığına.
Diğer kuvvetler hakkında konuşurken, lütfen aşağıdaki üç noktayı unutmayın:
- Her tür parçacığın, belirli bir kuvveti hissetmelerini (ya da hissetmemelerini) sağlayan, kendilerine özgü bir özelliği veya belirli bir özelliği vardır.
- Ve kuvvete aracılık eden (taşıyan) bu parçacıklar, kuvveti iletmek veya kuvveti deneyimlemek için doğru özelliklere sahip parçacıklarla etkileşime girer.
- Etkileşim sonucunda parçacığın momentumu, kuvveti hissettikten sonra değişecek veya popüler terimlerle hızlanacaktır.
Diğer kuvvetlere bakalım.
Elektromanyetik kuvvette temel özellik elektrik yüküdür. Yerçekiminden farklı olarak, yükler pozitif veya negatif olabilir Fotonlar, benzer yüklerin birbirini itmesine ve zıt yüklerin birbirini çekmesine neden olarak yükler arasında kuvvet aktarabilir.
Ayrıca, hareketli yüklerin veya akımların başka bir elektromanyetik kuvvet biçimi üretebileceğini de belirtmekte fayda var: manyetizma. Bu fenomen aynı zamanda yerçekimi manyetizması olarak adlandırılan yerçekimi için de geçerlidir; bu, kütle veya enerji nesneleri yerçekimi alanında hareket ettiğinde, yerçekimi dalgaları veya yerçekimi radyasyonu üretecekleri anlamına gelir. Bunu derinlemesine tartışmaya gerek yok, ancak sadece yük ve kuvvet taşıyıcılarının değil, aynı zamanda akımın (hareketli yükler tarafından üretilen akım) da olduğunu hatırlamalıyız.
Yürürlükte, üç temel renk yükü türü vardır: Etki tarzına ve gluonların kuvveti nasıl ilettiklerine ilişkin olarak, bilmek istiyorsanız, kuarkların neden özgürce var olamayacaklarını buradan inceleyebilirsiniz. Kuarkları ayırabilir miyiz? .
Evrendeki tüm parçacıklar enerji içerir ve bu nedenle yerçekiminden etkilenirken, kuarklar, leptonların yarısı (e-, - ve -) ve bir çift bozon (W bozonlarının sırasıyla iki Hem pozitif hem de negatif elektronlar elektrik yükleri içerir, bu nedenle elektromanyetik kuvvetler hissedilebilir.Sadece kuarklar ve gluonlar renk yükleri içerir ve güçlü nükleer kuvvetleri hissedebilirler.
Evrendeki nesnelerin kütlesi nispeten büyük olduğu için yerçekimini gözlemlemek kolaydır. Güçlü nükleer ve elektromanyetik kuvvetler çok güçlü olduğu için gözlemlenmesi de kolaydır.
Peki ya son kuvvet? Güçsüz?
Ne zaman zayıf etkileşimden bahsedersek, sadece bir tür radyoaktif bozulmadan bahsederiz. Bu radyoaktif bozunmalar, ağır bir kuark veya leptonun daha hafif ve daha kararlı kuarklara ve leptonlara bozunmasına neden olur. Örneğin, yukarıdaki şekilde bir nötron oluşturan bir alt kuark, bir protona dönüşen bir W bozonu salar. Zayıf kuvvet bu süreci kontrol eder, ancak kulağa diğer kuvvet tanımlarına benzemiyor!
Ancak, zayıf kuvvetin aslında bir tür kuvvet olduğu ortaya çıktı.Çok zayıf olduğu için geleneksel bir şekilde işlediğini sık sık duymuyoruz! Radyoaktif bozunma genellikle yüklü parçacıkları içerdiğinden, zayıf kuvvet, elektromanyetik kuvvet karşısında çok küçük görünür.Bir protonun küçük ölçeğinde bile, elektromanyetik kuvvet zayıf kuvvetten 10 milyon kat daha güçlüdür.
Yüklü bir parçacık, hareket etsin veya etmesin her zaman bir yüke sahiptir, ancak oluşturduğu akım diğer parçacıklara göre hareketine bağlıdır. Elektromanyetizmanın "elektrik" kısmı kadar önemli olan manyetizmayı tanımlayan akımdır. Protonlar ve nötronlar gibi bileşik parçacıklar, temel elektronlar gibi, doğal manyetik momentlere sahiptir.
Kuark ve leptonların ayrıca altı farklı tadı vardır: yukarı (u), aşağı (d), tek (s), tılsım (c), alt (b) ve üst (t), elektron / elektron nötrinosu, Müon / neutrino, on / neutrino. Her kuark ve leptonun bir yükü olmasına rağmen (nötrinolar sıfır yüklüdür), aynı zamanda kendileriyle ilişkili bir tat özelliğine de sahiptirler. Bu parçacıklar, zayıf w ve z bozonlarını ileterek çeşitli tatlar arasında dönüşebilirler, ancak bu parçacıklar aynı zamanda yüklü oldukları için elektromanyetik kuvvetlerden de etkilenirler.
Daha temel bir elektrozayıf etkileşim kuvveti yaratmak için elektromanyetik kuvvet ile zayıf kuvveti birleştirirsek, o zaman her bir parçacık sözde zayıf yük veya elektrozayıf akım ve zayıf bir kuplaj sabitini alır. Bunlar standart model tarafından tahmin edilen detaylardır, ancak test etmek zordur, çünkü elektromanyetik kuvvet çok güçlüdür!
Ancak 2013 yılında, deney ekibi üst kuark ve alt kuark arasındaki (boyutsuz) zayıf eşleşmeyi keşfetti ve zayıf kuvvetin varlığını ve etkisini ilk kez başarıyla ölçtük. Ancak elektromanyetik kuvvetin etkisiyle karşılaştırıldığında, zayıf kuvvetin gücü yalnızca yüz milyarda biridir!
Yani gerçekten de kuarklar ve leptonlarla ilgili zayıf bir yük var, bundan bahsetmememizin nedeni zayıf kuvvetlerin ölçülmesinin zor olmasıdır. Ancak her durumda, zayıf gücün etkisini ölçtük ve standart modelin tahmininin doğru olduğunu onayladık!
