27 792 subscribers

Слабое взаимодействие - не такое уж и слабое, как нам кажется

1,1k full reads
1,7k story viewsUnique page visitors
1,1k read the story to the endThat's 65% of the total page views
2,5 minutes — average reading time
Слабое взаимодействие - не такое уж и слабое, как нам кажется

Слабое взаимодействие – второе по слабости из всех четырёх фундаментальных взаимодействий (после гравитационного) и обладает очень коротким радиусом действия. В нём принимают участие все частицы материи, кроме частиц-переносчиков взаимодействия.

Слабое взаимодействие отвечает за радиоактивный распад атомных ядер и слабые распады элементарных частиц, поэтому без него во Вселенной была бы кромешная тьма, так как звёзды бы не светили, ведь не было бы ядерных реакций. А ещё не было бы радиоактивных элементов, например, радия, урана, плутония и других. Для этого всего необходимо превращение одной частицы в другую при помощи ядерного распада.

Решающую роль в слабом взаимодействии играют кварки. Мы знаем, что атом состоит из отрицательно заряженных электронов, а ядра внутри атомов имеют ещё меньшие частички материи – положительно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны. Ученые выяснили, что они, в свою очередь, состоят из ещё более мелких частиц, - кварков. Кварки – это элементарные заряженные частицы. Каждый протон и каждый нейтрон состоит из трёх кварков.

Слабое взаимодействие - не такое уж и слабое, как нам кажется

Помимо «цвета» кварков – характеристике, о которой я писала в другой статье ( https://zen.yandex.ru/media/id/5e136f2d3d008800afe2848c/fundamentalnye-vzaimodeistviia-silnoe-vzaimodeistvie-5e3154b83c40ae31521bcb45 ), у них ещё есть и другая, весьма странная для привычного понимания человека особенность, - «аромат». И как раз слабое взаимодействие и меняет ароматы кварков.

Аромат кварков – это абстрактное понятие, никак не связанное с запахом, хотя типы этих ароматов по названиям очень напоминают парфюмерию:

1. верхний

2. нижний

3. странный

4. истинный

5. прелестный

6. очарованный

Вот уж никак не ожидаешь увидеть в физике подобные эпитеты!

Верхние кварки имеют небольшой позитивный заряд, а нижние – небольшой негативный, и у них обоих самая маленькая масса. Остальные кварки тоже имеют заряд, но все они намного тяжелее и встречаются намного реже, так как быстро распадаются.

Из верхних и нижних кварков состоит почти все. Нейтроны состоят из одного верхнего кварка и двух нижних, а протоны, наоборот, - из двух верхних и одного нижнего.

Суть слабого взаимодействия заключается в изменении аромата кварка посредством процесса радиоактивного бета-распада атомных ядер. Если меняется аромат кварка внутри частицы, то изменяется всё. Используя эту силу, можно из протона сделать нейтрон и наоборот.

Во время слабого взаимодействия происходит обмен частицами. Переносчиками слабого взаимодействия являются W – бозоны, которые могут быть заряжены как положительно, так и отрицательно, и нейтрально заряженные Z – бозоны.

Время экспериментов!

Чтобы представить себе, как работает слабое взаимодействие, можно попробовать превратить нейтрон в протон. Для этого нам понадобится нейтрино – элементарная, электрически нейтральная частица с очень маленькой массой. Если нейтрино приблизится достаточно близко к нейтрону, то позитивно заряженный W – бозон перейдёт из нейтрино в нейтрон. Нейтрино, потеряв позитивный заряд, станет негативным и превратится в электрон. А в нейтроне пришедший позитивно заряженный W – бозон переделает кварк в позитивно заряженный. Так как нейтрон от протона отличает всего один аромат одного кварка, то при такой схеме мы и получим протон. Если изменился состав атома, то и сам атом стал совсем другим элементом. Нейтрино участвуют только в слабом фундаментальном взаимодействии, что доказывает их высокую проникающую способность.

Слабое взаимодействие - не такое уж и слабое, как нам кажется

Таким образом, при слабом взаимодействии частицы и кварки способны обмениваться энергией, массой, электрическим зарядом и квантовыми характеристиками – то есть превращаться друг в друга, а мы, с помощью этого, можем получать самые разные вещества.