વેક્ટર બોસોન નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહક છે ડબલ્યુ + , ડબલ્યુ- અને ઝેડ 0 . આ કિસ્સામાં, કહેવાતા ચાર્જ્ડ નબળા પ્રવાહો અને તટસ્થ નબળા પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વચ્ચે તફાવત કરવામાં આવે છે. ચાર્જ કરેલા પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (ચાર્જ્ડ બોસોનની ભાગીદારી સાથે ડબલ્યુ± ) કણોના ચાર્જમાં ફેરફાર અને કેટલાક લેપ્ટોન્સ અને ક્વાર્કના અન્ય લેપ્ટોન્સ અને ક્વાર્કમાં રૂપાંતર તરફ દોરી જાય છે. તટસ્થ પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (તટસ્થ બોઝોનની ભાગીદારી સાથે ઝેડ 0) કણોના ચાર્જને બદલતા નથી અને લેપ્ટોન અને ક્વાર્કને સમાન કણોમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
જ્ઞાનકોશીય YouTube
-
1 / 5
પાઉલી પૂર્વધારણાનો ઉપયોગ કરીને, એનરિકો ફર્મીએ 1933 માં બીટા સડોનો પ્રથમ સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો. તે રસપ્રદ છે કે તેમના કાર્યને મેગેઝિનમાં પ્રકાશિત કરવાનો ઇનકાર કરવામાં આવ્યો હતો કુદરત, લેખની અતિશય અમૂર્તતાને ટાંકીને. ફર્મીનો સિદ્ધાંત ગૌણ પરિમાણ પદ્ધતિના ઉપયોગ પર આધારિત છે, જે તે સમયે ફોટોનના ઉત્સર્જન અને શોષણની પ્રક્રિયાઓ માટે લાગુ કરવામાં આવી હતી. કાર્યમાં રજૂ કરાયેલા વિચારોમાંથી એક એ નિવેદન પણ હતું કે અણુમાંથી ઉડતા કણો શરૂઆતમાં તેમાં સમાવિષ્ટ ન હતા, પરંતુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રક્રિયામાં જન્મ્યા હતા.
લાંબા સમયથી એવું માનવામાં આવતું હતું કે કુદરતના નિયમો અરીસાના પ્રતિબિંબના સંદર્ભમાં સપ્રમાણ છે, એટલે કે, કોઈપણ પ્રયોગનું પરિણામ અરીસા-સપ્રમાણ સ્થાપન પર હાથ ધરવામાં આવેલા પ્રયોગના પરિણામ જેવું જ હોવું જોઈએ. આ સમપ્રમાણતા અવકાશી વ્યુત્ક્રમ સાથે સંબંધિત છે (જે સામાન્ય રીતે તરીકે સૂચવવામાં આવે છે પી) સમાનતાના સંરક્ષણના કાયદા સાથે સંકળાયેલ છે. જો કે, 1956 માં, જ્યારે સૈદ્ધાંતિક રીતે કે-મેસોન્સના સડોની પ્રક્રિયાને ધ્યાનમાં લેતા, યાંગ ઝેનિંગ અને લી જોંગદાઓએ સૂચવ્યું કે નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા આ કાયદાનું પાલન કરી શકશે નહીં. પહેલેથી જ 1957 માં, વુ જિયાન્સોંગના જૂથે β-સડો પરના પ્રયોગમાં આ આગાહીની પુષ્ટિ કરી હતી, જેણે યાંગ અને લીને 1957 માટે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર મેળવ્યો હતો. પાછળથી મ્યુઓન અને અન્ય કણોના ક્ષયમાં સમાન હકીકતની પુષ્ટિ થઈ.
નવા પ્રાયોગિક તથ્યોને સમજાવવા માટે, 1957 માં, મુરે ગેલ-મેન, રિચાર્ડ ફેનમેન, રોબર્ટ માર્ચક અને જ્યોર્જ સુદર્શને ચાર-ફર્મિઓન નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સાર્વત્રિક સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો, જેને કહેવાય છે. વી − એ- સિદ્ધાંતો.
ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની મહત્તમ સંભવિત સમપ્રમાણતાને જાળવવાના પ્રયાસરૂપે, 1957માં એલ.ડી. લેન્ડૌએ સૂચવ્યું કે જો કે પી-સપ્રમાણતા નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં તૂટી જાય છે; સી.પી.- અરીસાના પ્રતિબિંબનું સંયોજન અને એન્ટિપાર્ટિકલ્સ સાથે કણોની બદલી. જો કે, 1964માં જેમ્સ ક્રોનિન અને વાલ ફિચને તટસ્થ કાઓન્સના ક્ષયમાં નબળું ઉલ્લંઘન જોવા મળ્યું. સી.પી.- સમાનતા. આ ઉલ્લંઘન માટે નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ જવાબદાર હોવાનું બહાર આવ્યું છે, વધુમાં, આ કિસ્સામાં થિયરીએ આગાહી કરી હતી કે તે સમય સુધીમાં જાણીતા ક્વાર્ક અને લેપ્ટોનની બે પેઢીઓ ઉપરાંત, ઓછામાં ઓછી એક વધુ પેઢી હોવી જોઈએ. આ આગાહીની પુષ્ટિ પ્રથમ 1975 માં ટાઉ લેપ્ટનની શોધ સાથે અને પછી 1977 માં બી ક્વાર્કની શોધ સાથે થઈ હતી. ક્રોનિન અને ફિચને 1980નું ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો.
ગુણધર્મો
બધા મૂળભૂત ફર્મિઓન (લેપ્ટોન અને ક્વાર્ક) નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે. આ એકમાત્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે જેમાં ન્યુટ્રિનો ભાગ લે છે (ગુરુત્વાકર્ષણ સિવાય, જે પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં નગણ્ય છે), જે આ કણોની પ્રચંડ ભેદન શક્તિને સમજાવે છે. નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા લેપ્ટોન્સ, ક્વાર્ક અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સને ઊર્જા, સમૂહ, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ અને ક્વોન્ટમ નંબરો - એટલે કે, એકબીજામાં ફેરવવા માટે પરવાનગી આપે છે.
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને તેનું નામ એ હકીકત પરથી મળ્યું છે કે તેની લાક્ષણિકતા તીવ્રતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ કરતા ઘણી ઓછી છે. પ્રાથમિક કણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા સામાન્ય રીતે આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થતી પ્રક્રિયાઓના દર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. પ્રક્રિયાઓ જેટલી ઝડપથી થાય છે, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા વધારે છે. 1 GeV ના ક્રમમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણોની ઊર્જા પર, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થતી પ્રક્રિયાઓનો લાક્ષણિક દર લગભગ 10 −10 s છે, જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રક્રિયાઓ કરતા લગભગ 11 ક્રમ વધારે છે, એટલે કે, નબળી પ્રક્રિયાઓ અત્યંત ધીમી પ્રક્રિયાઓ છે. .
ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતાની અન્ય લાક્ષણિકતા એ પદાર્થમાં કણોનો મુક્ત માર્ગ છે. તેથી, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે ઉડતા હેડ્રોનને રોકવા માટે, ઘણા સેન્ટીમીટર જાડા લોખંડની પ્લેટ જરૂરી છે. અને ન્યુટ્રિનો, જે ફક્ત નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે, અબજો કિલોમીટર જાડા પ્લેટમાંથી ઉડી શકે છે.
અન્ય વસ્તુઓમાં, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ક્રિયાની ખૂબ જ નાની શ્રેણી હોય છે - લગભગ 2·10 -18 મીટર (આ ન્યુક્લિયસના કદ કરતાં આશરે 1000 ગણું નાનું છે). આ જ કારણ છે કે, ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતાં નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ તીવ્ર હોવા છતાં, જેની ત્રિજ્યા અમર્યાદિત છે, તે નોંધપાત્ર રીતે ઓછી ભૂમિકા ભજવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 10−10 મીટરના અંતરે સ્થિત ન્યુક્લી માટે પણ, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માત્ર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક જ નહીં, પણ ગુરુત્વાકર્ષણીય પણ છે.
આ કિસ્સામાં, નબળા પ્રક્રિયાઓની તીવ્રતા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણોની ઊર્જા પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે. ઊર્જા જેટલી વધારે છે, તીવ્રતા વધારે છે. ઉદાહરણ તરીકે, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને લીધે, ન્યુટ્રોન, બીટા ક્ષય દરમિયાન ઊર્જા પ્રકાશન જેમાંથી આશરે 0.8 MeV છે, લગભગ 10 3 સેકન્ડના સમયમાં ક્ષીણ થાય છે, અને લગભગ સો ગણા વધુ ઊર્જા પ્રકાશન સાથે Λ-હાયપરન - પહેલેથી જ 10 −10 સે. ઊર્જાસભર ન્યુટ્રિનો માટે પણ આ જ સાચું છે: 100 GeV ની ઉર્જા સાથે ન્યુટ્રિનોના ન્યુક્લિયોન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટેનો ક્રોસ સેક્શન લગભગ 1 MeV ની ઉર્જા ધરાવતા ન્યુટ્રિનો કરતા વધુ તીવ્રતાના છ ઓર્ડર છે. જો કે, કેટલાક સો GeV ના ક્રમમાં (અથડાતા કણોના સમૂહના કેન્દ્રની ફ્રેમમાં), નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ઊર્જા સાથે તુલનાત્મક બને છે, જેના પરિણામે તેનું વર્ણન કરી શકાય છે. ઈલેક્ટ્રોવીક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તરીકે એકીકૃત રીતે.
નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ એકમાત્ર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે જેના માટે સમાનતાના સંરક્ષણનો કાયદો સંતુષ્ટ નથી, આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે સિસ્ટમ પ્રતિબિંબિત થાય છે ત્યારે નબળા પ્રક્રિયાઓને સંચાલિત કરતા કાયદાઓ બદલાય છે. સમાનતાના સંરક્ષણના કાયદાનું ઉલ્લંઘન એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે માત્ર ડાબા હાથના કણો (જેની સ્પિન વેગની વિરુદ્ધ દિશામાન હોય છે), પરંતુ જમણા હાથના કણો (જેની સ્પિન વેગની જેમ જ દિશામાં હોય છે) વિષય છે. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે, અને ઊલટું: જમણા હાથના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ નબળી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, પરંતુ ડાબા હાથના લોકો જડ છે.
અવકાશી સમાનતા ઉપરાંત, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ સંયુક્ત અવકાશ-ચાર્જ સમાનતાને સાચવતી નથી, એટલે કે, એકમાત્ર જાણીતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સિદ્ધાંતનું ઉલ્લંઘન કરે છે. સી.પી.- અવ્યવસ્થા.
સૈદ્ધાંતિક વર્ણન
ફર્મી થિયરી
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો પ્રથમ સિદ્ધાંત એનરીકો-ફર્મીએ 1930માં વિકસાવ્યો હતો. તેમનો સિદ્ધાંત β-સડોની પ્રક્રિયા અને ફોટોન ઉત્સર્જનની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રક્રિયાઓ વચ્ચેની ઔપચારિક સામ્યતા પર આધારિત છે. ફર્મીનો સિદ્ધાંત કહેવાતા હેડ્રોનિક અને લેપ્ટોન પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે. તદુપરાંત, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમથી વિપરીત, એવું માનવામાં આવે છે કે તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સંપર્ક પ્રકૃતિની છે અને ફોટોન જેવા વાહકની હાજરી સૂચિત કરતી નથી. આધુનિક નોટેશનમાં, ચાર મુખ્ય ફર્મિઓન (પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, ઈલેક્ટ્રોન અને ન્યુટ્રીનો) વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ફોર્મના ઓપરેટર દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે.
G F 2 p ¯ ^ n ^ ⋅ e ¯ ^ ν ^ (\displaystyle (\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\hat (\overline (p)))(\hat (n) )\cdot (\hat (\overline (e)))(\hat (\nu ))),જ્યાં G F (\ displaystyle G_(F))- કહેવાતા ફર્મી સ્થિરાંક, આંકડાકીય રીતે આશરે 10 −48 J/m³ અથવા 10 − 5 / m p 2 (\displaystyle 10^(-5)/m_(p)^(2)) (m p (\ displaystyle m_(p))- પ્રોટોન માસ) એકમોની સિસ્ટમમાં, જ્યાં ℏ = c = 1 (\displaystyle \hbar =c=1); p ¯ ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (\overline (p))))- પ્રોટોન બનાવટના સંચાલક (અથવા એન્ટિપ્રોટોનનો વિનાશ), n ^ (\Displaystyle (\hat (n)))- ન્યુટ્રોન વિનાશના સંચાલક (એન્ટીન્યુટ્રોન જન્મ), e ¯ ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (\overline (e)))- ઇલેક્ટ્રોન સર્જનનો ઓપરેટર (પોઝિટ્રોનનો વિનાશ), ν ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (\nu )))- ન્યુટ્રિનો વિનાશના સંચાલક (એન્ટિન્યુટ્રિનો જન્મ).
કામ p ¯ ^ n ^ (\ ડિસ્પ્લેસ્ટાઇલ (\hat (\overline (p)))(\hat (n))), પ્રોટોનમાં ન્યુટ્રોન સ્થાનાંતરિત કરવા માટે જવાબદાર છે, જેને ન્યુક્લિયન વર્તમાન કહેવામાં આવે છે, અને e ¯ ^ ν ^ , (\ displaystyle (\hat (\overline (e)))(\hat (\nu )),)ઇલેક્ટ્રોનને ન્યુટ્રિનોમાં રૂપાંતરિત કરવું - લેપ્ટોન. એવું માનવામાં આવે છે કે આ પ્રવાહો, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રવાહો જેવા, 4-વેક્ટર છે p ¯ ^ γ μ n ^ (\ displaystyle (\hat (\overline (p)))\gamma _(\mu )(\hat (n)))અને e ¯ ^ γ μ ν ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (\overline (e)))\gamma _(\mu )(\hat (\nu ))) (γ μ , μ = 0 … 3 (\displaystyle \gamma _(\mu ),~\mu =0\dots 3)- ડિરેક મેટ્રિસિસ). તેથી, તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને વેક્ટર કહેવામાં આવે છે.
ફર્મી અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દ્વારા રજૂ કરાયેલ નબળા પ્રવાહો વચ્ચેનો નોંધપાત્ર તફાવત એ છે કે તેઓ કણોના ચાર્જમાં ફેરફાર કરે છે: હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ પ્રોટોન તટસ્થ ન્યુટ્રોન બને છે, અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ઇલેક્ટ્રોન તટસ્થ ન્યુટ્રિનો બને છે. આ સંદર્ભમાં, આ પ્રવાહોને ચાર્જ કરેલ પ્રવાહ કહેવામાં આવે છે.
યુનિવર્સલ V-A થીયરી
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સાર્વત્રિક સિદ્ધાંત, જેને પણ કહેવામાં આવે છે V−A-સિદ્ધાંત, એમ. ગેલ-માન, આર. ફેનમેન, આર. માર્શક અને જે. સુદર્શન દ્વારા 1957માં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો. આ સિદ્ધાંતે સમતા ઉલ્લંઘનની તાજેતરમાં સાબિત થયેલી હકીકતને ધ્યાનમાં લીધી ( પી-સપ્રમાણતા) નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે. આ હેતુ માટે, નબળા પ્રવાહોને વેક્ટર પ્રવાહના સરવાળા તરીકે રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા વીઅને અક્ષીય એ(તેથી સિદ્ધાંતનું નામ).
વેક્ટર અને અક્ષીય પ્રવાહો લોરેન્ટ્ઝ રૂપાંતરણ હેઠળ બરાબર સમાન વર્તે છે. જો કે, અવકાશી વ્યુત્ક્રમ દરમિયાન, તેમની વર્તણૂક અલગ હોય છે: આ પરિવર્તન દરમિયાન વેક્ટર પ્રવાહ યથાવત રહે છે, પરંતુ અક્ષીય પ્રવાહ ચિહ્નમાં ફેરફાર કરે છે, જે સમાનતાના ઉલ્લંઘન તરફ દોરી જાય છે. વધુમાં, કરંટ વીઅને એકહેવાતા ચાર્જ પેરિટીમાં ભિન્ન છે (ઉલ્લંઘન સી-સપ્રમાણતા).
તેવી જ રીતે, હેડ્રોનિક પ્રવાહ એ તમામ પેઢીઓના ક્વાર્ક પ્રવાહોનો સરવાળો છે ( u- ઉપર, ડી- નીચું, c- સંમોહિત, s- વિચિત્ર, t- સાચું, b- સુંદર ક્વાર્ક):
u ¯ ^ d ′ ^ + c ¯ ^ s ′ ^ + t ¯ ^ b ′ ^ .(\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (\overline (u)))(\hat (d^(\prime )))+(\hat (\overline (c)))(\hat (s^(\prime))) +(\hat (\overline (t)))(\hat (b^(\prime ))).) લેપ્ટન કરંટથી વિપરીત, જો કે, અહીં ઓપરેટરો d ′ ^ , (\ displaystyle (\hat (d^(\prime ))),)અને s′ ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (s^(\prime )))) b ′ ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (b^(\prime )))) ઓપરેટરોના રેખીય સંયોજનનું પ્રતિનિધિત્વ કરો d ^ , (\ પ્રદર્શન શૈલી (\ ટોપી (d)),)અને s ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\ ટોપી (ઓ))) b ^ , (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (b)),) સી.પી.એટલે કે, હેડ્રોનિક પ્રવાહમાં કુલ ત્રણ નહીં, પરંતુ નવ પદો હોય છે. આ શબ્દોને એક 3x3 મેટ્રિક્સમાં જોડી શકાય છે, જેને કેબિબો - કોબાયાશી - મસ્કાવા મેટ્રિક્સ કહેવામાં આવે છે. આ મેટ્રિક્સને ત્રણ ખૂણા અને તબક્કા પરિબળ સાથે પરિમાણિત કરી શકાય છે. બાદમાં ઉલ્લંઘનની ડિગ્રી દર્શાવે છે
- નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં અવ્યવસ્થા.
ચાર્જ કરેલ વર્તમાનમાંના તમામ પદ વેક્ટર અને અક્ષીય ઓપરેટર્સનો સરવાળો છે જેમાં એક સમાન પરિબળ છે.જ્યાં L = G F 2 j w^ j w † ^ , (\displaystyle (\mathcal (L))=(\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\hat (j_(w)))(\ ટોપી (j_(w)^(\ડેગર ))),) j w^ (\Displaystyle (\hat (j_(w)))) ચાર્જ કરેલ વર્તમાન ઓપરેટર છે, અને j w † ^ (\પ્રદર્શન શૈલી (\hat (j_(w)^(\dagger )))) - તેને જોડો (બદલી કરીને મેળવ્યું u ¯ ^ d ^ → d ¯ ^ u ^ (\ ડિસ્પ્લેસ્ટાઇલ (\hat (\overline (u)))(\hat (d))\rightarrow (\hat (\overline (d)))(\hat (u )))વગેરે)
વેઇનબર્ગ-સલામ સિદ્ધાંત
તેના આધુનિક સ્વરૂપમાં, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને વેઈનબર્ગ-સલામ થિયરીના માળખામાં એકલ ઈલેક્ટ્રોવીક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ભાગ રૂપે વર્ણવવામાં આવે છે. આ એક ગેજ જૂથ સાથેનો ક્વોન્ટમ ફીલ્ડ સિદ્ધાંત છે એસ.યુ.(2)× યુ(1) અને હિગ્સ બોસોન ક્ષેત્રની ક્રિયાને કારણે શૂન્યાવકાશ અવસ્થાની સ્વયંભૂ તૂટેલી સમપ્રમાણતા. માર્ટિનસ વેલ્ટમેન અને ગેરાર્ડ 'ટી હૂફ્ટ દ્વારા આવા મોડેલની પુનઃસામાન્યતાના પુરાવાને 1999 માટે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.
આ સ્વરૂપમાં, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના સિદ્ધાંતને આધુનિક માનક મોડેલમાં સમાવવામાં આવેલ છે, અને તે એકમાત્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે જે સમપ્રમાણતાને તોડે છે. પીઅને સી.પી. .
ઇલેક્ટ્રોવીક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના સિદ્ધાંત મુજબ, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ સંપર્ક નથી, પરંતુ તેના પોતાના વાહકો છે - વેક્ટર બોસોન્સ ડબલ્યુ + , ડબલ્યુ- અને ઝેડ 0 બિન-શૂન્ય દળ અને સ્પિન 1 ની બરાબર સાથે. આ બોસોનનું દળ લગભગ 90 GeV/c² છે, જે નબળા દળોની ક્રિયાની નાની ત્રિજ્યા નક્કી કરે છે.
તે જ સમયે, ચાર્જ બોસોન ડબલ્યુ± ચાર્જ થયેલ પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને તટસ્થ બોઝોનના અસ્તિત્વ માટે જવાબદાર છે ઝેડ 0 નો અર્થ છે તટસ્થ પ્રવાહોનું અસ્તિત્વ પણ. આવા પ્રવાહો ખરેખર પ્રાયોગિક રીતે શોધવામાં આવ્યા છે. તેમની ભાગીદારી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું ઉદાહરણ, ખાસ કરીને, પ્રોટોન દ્વારા ન્યુટ્રિનોનું સ્થિતિસ્થાપક વિખેરવું. આવી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં, કણોનો દેખાવ અને તેમના ચાર્જ બંને સચવાય છે.
તટસ્થ પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું વર્ણન કરવા માટે, લેગ્રેંજિયનને ફોર્મના શબ્દ સાથે પૂરક હોવું આવશ્યક છે.
L = G F ρ 2 2 f 0 ^ f 0 ^ , (\displaystyle (\mathcal (L))=(\frac (G_(F)\rho )(2(\sqrt (2))))(\hat ( f_(0)))(\hat (f_(0))),)જ્યાં ρ એ પરિમાણહીન પરિમાણ છે, જે પ્રમાણભૂત સિદ્ધાંતમાં એકતા સમાન છે (પ્રાયોગિક રીતે તે એકતાથી 1% કરતા વધુ અલગ નથી), f 0 ^ = ν e ¯ ^ ν e ^ + ⋯ + e ¯ ^ e ^ + ⋯ + u ¯ ^ u ^ + … (\ displaystyle (\hat (f_(0)))=(\hat (\overline ( \nu _(e))))(\hat (\nu _(e)))+\dots +(\hat (\overline (e)))(\hat (e))+\dots +(\hat (\overline (u)))(\hat (u))+\dots )- સ્વ-સંલગ્ન તટસ્થ વર્તમાન ઓપરેટર.
ચાર્જ કરેલા પ્રવાહોથી વિપરીત, તટસ્થ વર્તમાન ઓપરેટર વિકર્ણ છે, એટલે કે, તે કણોને પોતાનામાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, અને અન્ય લેપ્ટોન્સ અથવા ક્વાર્કમાં નહીં. તટસ્થ વર્તમાન ઓપરેટરની દરેક શરતો ગુણક સાથે વેક્ટર ઓપરેટર અને ગુણક સાથે અક્ષીય ઓપરેટરનો સરવાળો છે. I 3 − 2 Q sin 2 θ w (\displaystyle I_(3)-2Q\sin ^(2)\theta _(w)), ક્યાં I 3 (\displaystyle I_(3))- કહેવાતા નબળાનું ત્રીજું પ્રક્ષેપણ
નબળું બળ એ ચાર મૂળભૂત દળોમાંનું એક છે જે બ્રહ્માંડમાં તમામ બાબતોનું સંચાલન કરે છે. અન્ય ત્રણ ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ અને મજબૂત બળ છે. જ્યારે અન્ય દળો વસ્તુઓને એકસાથે રાખે છે, ત્યારે નબળા બળ તેમને તોડવામાં મોટી ભૂમિકા ભજવે છે.
નબળું બળ ગુરુત્વાકર્ષણ કરતાં વધુ મજબૂત છે, પરંતુ તે માત્ર ખૂબ જ નાના અંતર પર અસરકારક છે. બળ સબએટોમિક સ્તરે કાર્ય કરે છે અને તારાઓને શક્તિ આપવા અને તત્વો બનાવવા માટે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. તે બ્રહ્માંડમાં મોટાભાગના કુદરતી કિરણોત્સર્ગ માટે પણ જવાબદાર છે.
ફર્મી થિયરી
ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી એનરીકો ફર્મીએ 1933 માં બીટા સડો સમજાવવા માટે એક સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો હતો, ન્યુટ્રોન પ્રોટોનમાં ફેરવાય છે અને ઇલેક્ટ્રોનને વિસ્થાપિત કરે છે, જેને આ સંદર્ભમાં ઘણીવાર બીટા કણ કહેવામાં આવે છે. તેણે એક નવા પ્રકારનું બળ ઓળખ્યું, કહેવાતા નબળા બળ, જે સડો માટે જવાબદાર હતું, ન્યુટ્રોનને પ્રોટોન, ન્યુટ્રિનો અને ઇલેક્ટ્રોનમાં ફેરવવાની મૂળભૂત પ્રક્રિયા, જેને પાછળથી એન્ટિન્યુટ્રિનો તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવી હતી.
ફર્મીએ મૂળ રૂપે ધાર્યું હતું કે શૂન્ય અંતર અને શૂન્ય સુસંગતતા છે. બળ કામ કરવા માટે બે કણોને સ્પર્શ કરવો પડ્યો. ત્યારથી એવું જાણવા મળ્યું છે કે નબળા બળ એ ખરેખર એક બળ છે જે પ્રોટોન વ્યાસના 0.1% જેટલા, અત્યંત ટૂંકા અંતર પર પોતાને પ્રગટ કરે છે.
ઇલેક્ટ્રોવીક બળ
હાઇડ્રોજન ફ્યુઝનનું પહેલું પગલું એ બે પ્રોટોનની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે તેઓ જે પરસ્પર પ્રતિકૂળતા અનુભવે છે તેને દૂર કરવા માટે પૂરતા બળ સાથે અથડામણ છે.
જો બંને કણો એકબીજાની નજીક મૂકવામાં આવે, તો એક મજબૂત બળ તેમને એકસાથે બાંધી શકે છે. આ હિલીયમ (2 He) નું અસ્થિર સ્વરૂપ બનાવે છે, જેમાં બે પ્રોટોન સાથેનું ન્યુક્લિયસ છે, જે સ્થિર સ્વરૂપ (4 He) ની વિરુદ્ધ છે, જેમાં બે ન્યુટ્રોન અને બે પ્રોટોન છે.
આગળના તબક્કે, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા રમતમાં આવે છે. પ્રોટોનની પુષ્કળ માત્રાને લીધે, તેમાંથી એક બીટા ક્ષયમાંથી પસાર થાય છે. આ પછી, 3He ની મધ્યવર્તી રચના અને ફ્યુઝન સહિતની અન્ય પ્રતિક્રિયાઓ આખરે સ્થિર 4He બનાવે છે.
રશિયાના શિક્ષણ અને વિજ્ઞાન મંત્રાલય
ફેડરલ સ્ટેટ બજેટરી શૈક્ષણિક સંસ્થા
ઉચ્ચ વ્યાવસાયિક શિક્ષણ
"સેન્ટ પીટર્સબર્ગ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોટેક્નિકલ યુનિવર્સિટી "LETI"નું નામ V. I. Ulyanov (લેનિન) ના નામ પર રાખવામાં આવ્યું"
(SPbGETU)
અર્થશાસ્ત્ર અને મેનેજમેન્ટ ફેકલ્ટી
ભૌતિકશાસ્ત્ર વિભાગ
"આધુનિક કુદરતી વિજ્ઞાનના ખ્યાલો" શિસ્તમાં
"નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા" વિષય પર
તપાસેલ:
ઓલ્ટમાર્ક એલેક્ઝાન્ડર મોઇસેવિચ
પૂર્ણ:
વિદ્યાર્થી જી.આર. 3603
કોલિસેત્સ્કાયા મારિયા વ્લાદિમીરોવના
સેન્ટ પીટર્સબર્ગ
1. નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ ચાર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાંની એક છે
અભ્યાસનો ઇતિહાસ
પ્રકૃતિમાં ભૂમિકા
નબળું બળ એ ચાર મૂળભૂત દળોમાંથી એક છે
નબળું બળ, અથવા નબળા પરમાણુ બળ, ચાર મૂળભૂત દળોમાંનું એક છે
નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ટૂંકા અંતરની છે - તે અણુ ન્યુક્લિયસના કદ કરતા નોંધપાત્ર રીતે નાના અંતરે પોતાને પ્રગટ કરે છે
વેક્ટર બોસોન નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહક છે
પ્રથમ વખત, અણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્રના સડો દરમિયાન નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જોવા મળી હતી. અને, જેમ તે બહાર આવ્યું છે, આ ક્ષય ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનના ન્યુટ્રોનમાં રૂપાંતર સાથે સંકળાયેલા છે અને તેનાથી વિપરીત:
આર? n + e+ + ?e, n ? p + e- + e,
જ્યાં n એ ન્યુટ્રોન છે, p એ પ્રોટોન છે, e- એ ઇલેક્ટ્રોન છે, ?? એ ઇલેક્ટ્રોન એન્ટિન્યુટ્રિનો છે.
પ્રાથમિક કણો સામાન્ય રીતે ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત થાય છે:
) ફોટોન; આ જૂથમાં માત્ર એક જ કણોનો સમાવેશ થાય છે - એક ફોટોન - ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનું પ્રમાણ;
) લેપ્ટોન્સ (ગ્રીક "લેપ્ટોસ" - પ્રકાશમાંથી), ફક્ત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે. લેપ્ટોનમાં ઇલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો, ઇલેક્ટ્રોન, મ્યુઓન અને 1975માં શોધાયેલ હેવી લેપ્ટોનનો સમાવેશ થાય છે - ટી-લેપ્ટોન, અથવા ટાઓન, આશરે 3487me ના સમૂહ સાથે, તેમજ તેમના અનુરૂપ એન્ટિપાર્ટિકલ્સ. લેપ્ટોન્સ નામ એ હકીકતને કારણે છે કે પ્રથમ જાણીતા લેપ્ટોન્સનો સમૂહ અન્ય તમામ કણોના સમૂહ કરતાં નાનો હતો. લેપ્ટન્સમાં ગુપ્ત ન્યુટ્રિનોનો પણ સમાવેશ થાય છે, જેનું અસ્તિત્વ પણ તાજેતરમાં સ્થાપિત થયું છે;
) હેડ્રોન્સ (ગ્રીક "એડ્રોસ" માંથી - મોટા, મજબૂત). હેડ્રોન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા લોકો સાથે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ધરાવે છે. ઉપર ચર્ચા કરાયેલા કણોમાંથી, તેમાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, પાયન્સ અને કાઓન્સનો સમાવેશ થાય છે.
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ગુણધર્મો
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં વિશિષ્ટ ગુણધર્મો છે:
બધા મૂળભૂત ફર્મિઓન નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે
ઓપરેશન P કોઈપણ ધ્રુવીય વેક્ટરના ચિહ્નને બદલે છે
અવકાશી વ્યુત્ક્રમનું સંચાલન સિસ્ટમને મિરર સિમેટ્રિકમાં રૂપાંતરિત કરે છે. મજબૂત અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પ્રભાવ હેઠળ પ્રક્રિયાઓમાં અરીસાની સમપ્રમાણતા જોવા મળે છે. આ પ્રક્રિયાઓમાં અરીસાની સમપ્રમાણતાનો અર્થ એ છે કે અરીસા-સપ્રમાણ અવસ્થાઓમાં સંક્રમણો સમાન સંભાવના સાથે સાકાર થાય છે.
જી.? યાંગ ઝેનિંગ, લી જોંગદાઓને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો. તેના કહેવાતા સમાનતા કાયદાઓના ઊંડા અભ્યાસ માટે, જેના કારણે પ્રાથમિક કણોના ક્ષેત્રમાં મહત્વપૂર્ણ શોધ થઈ.
અવકાશી સમાનતા ઉપરાંત, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ સંયુક્ત સ્પેસ-ચાર્જ પેરિટીને સાચવતી નથી, એટલે કે, એકમાત્ર જાણીતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સીપી ઇન્વેરિઅન્સના સિદ્ધાંતનું ઉલ્લંઘન કરે છે.
ચાર્જ સમપ્રમાણતાનો અર્થ એ છે કે જો કણોને સંડોવતા કોઈપણ પ્રક્રિયા હોય, તો પછી જ્યારે તે એન્ટિપાર્ટિકલ્સ (ચાર્જ જોડાણ) દ્વારા બદલવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રક્રિયા પણ અસ્તિત્વમાં છે અને સમાન સંભાવના સાથે થાય છે. ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનોનો સમાવેશ કરતી પ્રક્રિયાઓમાં ચાર્જ સમપ્રમાણતા ગેરહાજર છે. પ્રકૃતિમાં, ફક્ત ડાબા હાથના ન્યુટ્રિનો અને જમણા હાથના એન્ટિન્યુટ્રિનો અસ્તિત્વમાં છે. જો આ દરેક કણો (ચોક્કસતા માટે, આપણે ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો? e અને antineutrino eને ધ્યાનમાં લઈએ છીએ) ચાર્જ જોડાણની ક્રિયાને આધિન છે, તો તે લેપ્ટોન સંખ્યાઓ અને હેલિસીટી સાથે અસ્તિત્વમાં નથી તેવા પદાર્થોમાં ફેરવાઈ જશે.
આમ, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં, પી- અને સી-અવરોધ વારાફરતી ઉલ્લંઘન થાય છે. જો કે, જો ન્યુટ્રિનો (એન્ટિન્યુટ્રિનો) પર સતત બે ઓપરેશન કરવામાં આવે તો શું? પી- અને સી-પરિવર્તન (ઓપરેશનનો ક્રમ મહત્વપૂર્ણ નથી), પછી આપણે ફરીથી ન્યુટ્રિનો મેળવીએ છીએ જે પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. કામગીરીના ક્રમ અને (અથવા વિપરીત ક્રમમાં)ને CP રૂપાંતરણ કહેવામાં આવે છે. ?e અને eના CP રૂપાંતરણ (સંયુક્ત વ્યુત્ક્રમ)નું પરિણામ નીચે મુજબ છે:
આમ, ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનો માટે, કણને એન્ટિપાર્ટિકલમાં રૂપાંતરિત કરતી કામગીરી એ ચાર્જ કન્જ્યુગેશન ઑપરેશન નથી, પરંતુ CP ટ્રાન્સફોર્મેશન છે.
અભ્યાસનો ઇતિહાસ
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ લાંબા સમય સુધી ચાલુ રહ્યો.
1896 માં, બેકરેલએ શોધ્યું કે યુરેનિયમ ક્ષાર પેનિટ્રેટિંગ રેડિયેશન ( થોરિયમનો γ સડો) બહાર કાઢે છે. આ નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના અભ્યાસની શરૂઆત હતી.
1930 માં, પાઉલીએ પૂર્વધારણા આગળ મૂકી કે ? દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોન (ઇ), પ્રકાશ તટસ્થ કણો ઉત્સર્જિત થાય છે? ન્યુટ્રિનો (?). તે જ વર્ષે, ફર્મીએ β-સડોના ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરીનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. ન્યુટ્રોન (n) નો સડો એ બે પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું પરિણામ છે: હેડ્રોનિક પ્રવાહ ન્યુટ્રોનને પ્રોટોન (p) માં રૂપાંતરિત કરે છે, લેપ્ટોનિક પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રોન + ન્યુટ્રિનો જોડી બનાવે છે. 1956 માં, રેઇન્સે પ્રથમ વખત er ની પ્રતિક્રિયાનું અવલોકન કર્યું? ne+ પરમાણુ રિએક્ટરની નજીકના પ્રયોગોમાં.લી અને યાંગે K+ મેસોન્સ (? ~ ? રહસ્ય) ના ક્ષયમાં વિરોધાભાસ સમજાવ્યો? 2 અને 3 pions માં સડો. તે અવકાશી સમાનતાના બિન-સંરક્ષણ સાથે સંકળાયેલ છે. અરીસાની અસમપ્રમાણતા ન્યુક્લીના β-સડો, મ્યુઅન્સ, પાયન્સ, કે-મેસોન્સ અને હાઇપરન્સના ક્ષયમાં મળી આવી છે.
1957 માં, ગેલ-મેન, ફેનમેન, માર્શક અને સુદર્શને હેડ્રોનના ક્વાર્ક માળખાના આધારે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના સાર્વત્રિક સિદ્ધાંતનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. આ સિદ્ધાંત, જેને V-A થીયરી કહેવાય છે, ફેનમેન આકૃતિઓનો ઉપયોગ કરીને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વર્ણન તરફ દોરી જાય છે. તે જ સમયે, મૂળભૂત રીતે નવી અસાધારણ ઘટના શોધી કાઢવામાં આવી હતી: સીપી ઇન્વેરિઅન્સ અને તટસ્થ પ્રવાહોનું ઉલ્લંઘન.શેલ્ડન લી ગ્લેશો દ્વારા 1960 માં
1991-2001માં, Z0 બોસોનના ક્ષયનો અભ્યાસ LEP2 એક્સિલરેટર (CERN) પર હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો, જે દર્શાવે છે કે પ્રકૃતિમાં લેપ્ટન્સની માત્ર ત્રણ પેઢીઓ છે: ?e, ?? અને??.
પ્રકૃતિમાં ભૂમિકા
પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નબળી છે
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થતી સૌથી સામાન્ય પ્રક્રિયા કિરણોત્સર્ગી અણુ ન્યુક્લીનો બી-સડો છે. કિરણોત્સર્ગી ઘટના<#"justify">વપરાયેલ સાહિત્યની સૂચિ
1. નોવોઝિલોવ યુ.વી. પ્રાથમિક કણોના સિદ્ધાંતનો પરિચય. એમ.: નૌકા, 1972
ઓકુન B. પ્રાથમિક કણોની નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. એમ.: ફિઝમેટગીઝ, 1963
નબળા બળ, અથવા નબળા પરમાણુ બળ, પ્રકૃતિના ચાર મૂળભૂત દળોમાંનું એક છે. તે ખાસ કરીને ન્યુક્લિયસના બીટા સડો માટે જવાબદાર છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને નબળી કહેવામાં આવે છે, કારણ કે અન્ય બે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કે જે પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર (મજબૂત અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક) માટે નોંધપાત્ર છે તે ઘણી વધારે તીવ્રતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. જો કે, તે મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, ગુરુત્વાકર્ષણના ચોથા કરતા વધુ મજબૂત છે. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ કણોને એકબીજાની નજીક રાખવા માટે પૂરતું નથી (એટલે કે, બંધાયેલ સ્થિતિઓ બનાવવા માટે). તે ફક્ત કણોના વિઘટન અને પરસ્પર પરિવર્તન દરમિયાન જ પોતાને પ્રગટ કરી શકે છે.
નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ટૂંકા અંતરની છે - તે અણુ ન્યુક્લિયસના કદ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે નાના અંતર પર પોતાને પ્રગટ કરે છે (લાક્ષણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ત્રિજ્યા 2·10?18 મીટર છે).
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહકો વેક્ટર બોસોન છે, અને. આ કિસ્સામાં, કહેવાતા ચાર્જ્ડ નબળા પ્રવાહો અને તટસ્થ નબળા પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વચ્ચે તફાવત કરવામાં આવે છે. ચાર્જ કરેલા પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (ચાર્જ્ડ બોસોનની ભાગીદારી સાથે) કણોના ચાર્જમાં ફેરફાર અને કેટલાક લેપ્ટોન અને ક્વાર્કનું અન્ય લેપ્ટોન્સ અને ક્વાર્કમાં રૂપાંતર તરફ દોરી જાય છે. તટસ્થ પ્રવાહોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (તટસ્થ બોસોનની ભાગીદારી સાથે) કણોના ચાર્જમાં ફેરફાર કરતી નથી અને લેપ્ટોન અને ક્વાર્કને સમાન કણોમાં પરિવર્તિત કરે છે.
પ્રથમ વખત, અણુ ન્યુક્લીના β-સડો દરમિયાન નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જોવા મળી હતી. અને, જેમ તે બહાર આવ્યું છે, આ ક્ષય ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનના ન્યુટ્રોનમાં રૂપાંતર સાથે સંકળાયેલા છે અને તેનાથી વિપરીત:
p > n + e+ + નથી, n > p + e- + e,
જ્યાં n એ ન્યુટ્રોન છે, p એ પ્રોટોન છે, e- એ ઇલેક્ટ્રોન છે, n? એ ઇલેક્ટ્રોન એન્ટિન્યુટ્રિનો છે.
પ્રાથમિક કણો સામાન્ય રીતે ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત થાય છે:
1) ફોટોન; આ જૂથમાં માત્ર એક જ કણોનો સમાવેશ થાય છે - એક ફોટોન - ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનું પ્રમાણ;
2) લેપ્ટોન્સ (ગ્રીક "લેપ્ટોસ" - પ્રકાશમાંથી), ફક્ત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે. લેપ્ટોનમાં ઈલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો, ઈલેક્ટ્રોન, મ્યુઓન અને 1975માં શોધાયેલ હેવી લેપ્ટનનો સમાવેશ થાય છે - લગભગ 3487me ના દળ સાથે લેપ્ટોન, અથવા ટાઓન, તેમજ તેમના અનુરૂપ એન્ટિપાર્ટિકલ્સ. લેપ્ટોન્સ નામ એ હકીકતને કારણે છે કે પ્રથમ જાણીતા લેપ્ટોન્સનો સમૂહ અન્ય તમામ કણોના સમૂહ કરતાં નાનો હતો. લેપ્ટન્સમાં ગુપ્ત ન્યુટ્રિનોનો પણ સમાવેશ થાય છે, જેનું અસ્તિત્વ પણ તાજેતરમાં સ્થાપિત થયું છે;
3) હેડ્રોન્સ (ગ્રીક "એડ્રોસ" માંથી - મોટા, મજબૂત). હેડ્રોન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા લોકો સાથે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ધરાવે છે. ઉપર ચર્ચા કરાયેલા કણોમાંથી, તેમાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, પાયન્સ અને કાઓન્સનો સમાવેશ થાય છે.
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ગુણધર્મો
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં વિશિષ્ટ ગુણધર્મો છે:
1. બધા મૂળભૂત ફર્મિઓન (લેપ્ટોન્સ અને ક્વાર્ક) નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે. ફર્મિઓન્સ (ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઇ. ફર્મીના નામ પરથી) એ પ્રાથમિક કણો, અણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્ર, તેમના પોતાના કોણીય ગતિના અર્ધ-પૂર્ણાંક મૂલ્યવાળા અણુઓ છે. ફર્મિઓન્સના ઉદાહરણો: ક્વાર્ક (તેઓ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન બનાવે છે, જે ફર્મિઓન પણ છે), લેપ્ટોન્સ (ઇલેક્ટ્રોન, મ્યુઓન, ટાઉ લેપ્ટોન્સ, ન્યુટ્રિનો). આ એકમાત્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે જેમાં ન્યુટ્રિનો ભાગ લે છે (ગુરુત્વાકર્ષણ સિવાય, જે પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં નગણ્ય છે), જે આ કણોની પ્રચંડ ભેદન શક્તિને સમજાવે છે. નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા લેપ્ટોન્સ, ક્વાર્ક અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સને ઊર્જા, સમૂહ, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ અને ક્વોન્ટમ નંબરો - એટલે કે, એકબીજામાં ફેરવવા માટે પરવાનગી આપે છે.
2. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને તેનું નામ એ હકીકતને કારણે મળ્યું કે તેની લાક્ષણિકતાની તીવ્રતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ કરતા ઘણી ઓછી છે. પ્રાથમિક કણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા સામાન્ય રીતે આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થતી પ્રક્રિયાઓના દર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. પ્રક્રિયાઓ જેટલી ઝડપથી થાય છે, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા વધારે છે. 1 GeV ના ક્રમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી કણોની ઊર્જા પર, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થતી પ્રક્રિયાઓનો લાક્ષણિક દર લગભગ 10×10 s છે, જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રક્રિયાઓ કરતા લગભગ 11 ક્રમ વધારે છે, એટલે કે, નબળી પ્રક્રિયાઓ અત્યંત ધીમી પ્રક્રિયાઓ છે. .
3. ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતાની અન્ય લાક્ષણિકતા એ પદાર્થમાં કણોનો સરેરાશ મુક્ત માર્ગ છે. તેથી, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે ઉડતા હેડ્રોનને રોકવા માટે, ઘણા સેન્ટીમીટર જાડા લોખંડની પ્લેટ જરૂરી છે. તે જ સમયે, ન્યુટ્રિનો, જે ફક્ત નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે, અબજો કિલોમીટર જાડા પ્લેટમાંથી ઉડી શકે છે.
4. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ક્રિયાની ખૂબ જ નાની શ્રેણી હોય છે - લગભગ 2·10-18 મીટર (આ ન્યુક્લિયસના કદ કરતાં આશરે 1000 ગણું ઓછું છે). તે આ કારણોસર છે કે, ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતાં નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ તીવ્ર હોવા છતાં, જેની ત્રિજ્યા મર્યાદિત નથી, તે નોંધપાત્ર રીતે ઓછી ભૂમિકા ભજવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 10-10 મીટરના અંતરે સ્થિત ન્યુક્લી માટે પણ, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માત્ર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક જ નહીં, પણ ગુરુત્વાકર્ષણીય પણ છે.
5. નબળી પ્રક્રિયાઓની તીવ્રતા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણોની ઊર્જા પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે. ઊર્જા જેટલી વધારે છે, તીવ્રતા વધારે છે. ઉદાહરણ તરીકે, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને લીધે, ન્યુટ્રોન, જેની બાકીની ઉર્જા લગભગ 1 GeV છે, લગભગ 103 સેકન્ડમાં ક્ષીણ થઈ જાય છે, અને L હાયપરન, જેનું દળ સો ગણું વધારે છે, તે 10-10 સેકન્ડમાં ક્ષીણ થઈ જાય છે. ઊર્જાસભર ન્યુટ્રિનો માટે પણ આ જ સાચું છે: 100 GeV ની ઉર્જા સાથે ન્યુટ્રિનોના ન્યુક્લિયોન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટેનો ક્રોસ સેક્શન લગભગ 1 MeV ની ઉર્જા ધરાવતા ન્યુટ્રિનો કરતા વધુ તીવ્રતાના છ ઓર્ડર છે. જો કે, કેટલાક સો GeV (અથડાતા કણોના સમૂહના કેન્દ્રની ફ્રેમમાં) ના ક્રમની ઊર્જા પર, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ઊર્જા સાથે તુલનાત્મક બને છે, જેના પરિણામે તેઓ હોઈ શકે છે. ઇલેકટ્રોવીક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તરીકે એકીકૃત રીતે વર્ણવેલ. કણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, વિદ્યુત નબળા બળ એ ચારમાંથી બે મૂળભૂત દળોનું સામાન્ય વર્ણન છે: નબળું બળ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક બળ. જો કે બે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સામાન્ય ઓછી ઉર્જા પર ખૂબ જ અલગ હોય છે, સૈદ્ધાંતિક રીતે તેઓ એક જ બળના બે અલગ અલગ અભિવ્યક્તિઓ તરીકે દેખાય છે. એકીકરણ ઉર્જા (લગભગ 100 GeV) થી ઉપરની ઉર્જા પર, તેઓ એક જ ઈલેક્ટ્રોવીક ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં જોડાય છે. ઇલેક્ટ્રોવીક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ એક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે જેમાં ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન્સ ભાગ લે છે, ફોટોન અથવા ભારે મધ્યવર્તી વેક્ટર બોસોન W+, W-, Z0 ઉત્સર્જન અને શોષી લે છે. ઇ.વી. સ્વયંભૂ તૂટેલી સમપ્રમાણતા સાથે ગેજ સિદ્ધાંત દ્વારા વર્ણવેલ.
6. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ એકમાત્ર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે જેના માટે સમાનતાના સંરક્ષણનો કાયદો સંતુષ્ટ નથી, આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે સિસ્ટમ પ્રતિબિંબિત થાય છે ત્યારે નબળા પ્રક્રિયાઓનું પાલન કરતા કાયદાઓ બદલાય છે. સમાનતાના સંરક્ષણના કાયદાનું ઉલ્લંઘન એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે માત્ર ડાબા હાથના કણો (જેની સ્પિન વેગની વિરુદ્ધ દિશામાન હોય છે), પરંતુ જમણા હાથના કણો (જેની સ્પિન વેગની જેમ જ દિશામાં હોય છે) વિષય છે. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે, અને ઊલટું: જમણા હાથના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ નબળી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, પરંતુ ડાબા હાથના લોકો જડ છે.
અવકાશી વ્યુત્ક્રમ P ની કામગીરી એ પરિવર્તન છે
x, y, z, -x, -y, -z, -, .
ઓપરેશન P કોઈપણ ધ્રુવીય વેક્ટરના ચિહ્નને બદલે છે
અવકાશી વ્યુત્ક્રમનું સંચાલન સિસ્ટમને મિરર સિમેટ્રિકમાં રૂપાંતરિત કરે છે. મજબૂત અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પ્રભાવ હેઠળ પ્રક્રિયાઓમાં અરીસાની સમપ્રમાણતા જોવા મળે છે. આ પ્રક્રિયાઓમાં અરીસાની સમપ્રમાણતાનો અર્થ એ છે કે અરીસા-સપ્રમાણ અવસ્થાઓમાં સંક્રમણો સમાન સંભાવના સાથે સાકાર થાય છે.
1957? યાંગ ઝેનિંગ, લી જોંગદાઓને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો. તેના કહેવાતા સમાનતા કાયદાઓના ઊંડા અભ્યાસ માટે, જેના કારણે પ્રાથમિક કણોના ક્ષેત્રમાં મહત્વપૂર્ણ શોધ થઈ.
7. અવકાશી સમાનતા ઉપરાંત, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ સંયુક્ત સ્પેસ-ચાર્જ પેરિટીને સાચવતી નથી, એટલે કે, એકમાત્ર જાણીતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા CP ઇન્વેરિઅન્સના સિદ્ધાંતનું ઉલ્લંઘન કરે છે.
ચાર્જ સમપ્રમાણતાનો અર્થ એ છે કે જો કણોને સંડોવતા કોઈપણ પ્રક્રિયા હોય, તો પછી જ્યારે તે એન્ટિપાર્ટિકલ્સ (ચાર્જ જોડાણ) દ્વારા બદલવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રક્રિયા પણ અસ્તિત્વમાં છે અને સમાન સંભાવના સાથે થાય છે. ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનોનો સમાવેશ કરતી પ્રક્રિયાઓમાં ચાર્જ સમપ્રમાણતા ગેરહાજર છે. પ્રકૃતિમાં, ફક્ત ડાબા હાથના ન્યુટ્રિનો અને જમણા હાથના એન્ટિન્યુટ્રિનો અસ્તિત્વમાં છે. જો આમાંના દરેક કણો (ચોક્કસતા માટે, અમે ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો n અને એન્ટિન્યુટ્રિનો eને ધ્યાનમાં લઈશું) ચાર્જ જોડાણની ક્રિયાને આધિન છે, તો તે લેપ્ટોન સંખ્યાઓ અને હેલિસીટી સાથે અસ્તિત્વમાં નથી તેવા પદાર્થોમાં ફેરવાઈ જશે.
આમ, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં, પી- અને સી-અવરોધ વારાફરતી ઉલ્લંઘન થાય છે. જો કે, જો ન્યુટ્રિનો (એન્ટિન્યુટ્રિનો) પર સતત બે ઓપરેશન કરવામાં આવે તો શું? P- અને C_transformations (ઓપરેશનનો ક્રમ મહત્વપૂર્ણ નથી), પછી આપણે ફરીથી ન્યુટ્રિનો મેળવીએ છીએ જે પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. કામગીરીના ક્રમ અને (અથવા વિપરીત ક્રમમાં)ને CP રૂપાંતરણ કહેવામાં આવે છે. CP_transformation (સંયુક્ત વ્યુત્ક્રમ) ના પરિણામ અને e નીચે મુજબ છે:
આમ, ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનો માટે, કણને એન્ટિપાર્ટિકલમાં રૂપાંતરિત કરતી કામગીરી એ ચાર્જ કન્જ્યુગેશન ઑપરેશન નથી, પરંતુ CP ટ્રાન્સફોર્મેશન છે.
નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા
આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રાથમિક કણોના ક્ષયમાં પ્રાયોગિક રીતે જોવા મળતી મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં સૌથી નબળી છે, જ્યાં ક્વોન્ટમ અસરો મૂળભૂત રીતે નોંધપાત્ર છે. ચાલો યાદ કરીએ કે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ક્વોન્ટમ અભિવ્યક્તિઓ ક્યારેય જોવામાં આવી નથી. નીચેના નિયમનો ઉપયોગ કરીને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને અલગ પાડવામાં આવે છે: જો ન્યુટ્રિનો (અથવા એન્ટિન્યુટ્રિનો) નામનો પ્રાથમિક કણો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે, તો આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નબળી છે.
ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતાં નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઘણી વધુ તીવ્ર હોય છે.
ગુરુત્વાકર્ષણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાથી વિપરીત, નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ટૂંકા અંતરની છે. આનો અર્થ એ છે કે કણો વચ્ચેનું નબળું બળ ફક્ત ત્યારે જ અમલમાં આવે છે જો કણો એકબીજાની પૂરતી નજીક હોય. જો કણો વચ્ચેનું અંતર લાક્ષણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ત્રિજ્યા તરીકે ઓળખાતા ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય, તો નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પોતે પ્રગટ થતી નથી. તે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની લાક્ષણિક ત્રિજ્યા લગભગ 10-15 સેમી છે, એટલે કે, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અણુ ન્યુક્લિયસના કદ કરતા નાના અંતર પર કેન્દ્રિત છે.
શા માટે આપણે મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના સ્વતંત્ર પ્રકાર તરીકે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિશે વાત કરી શકીએ? જવાબ સરળ છે. તે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે પ્રાથમિક કણોના પરિવર્તનની પ્રક્રિયાઓ છે જે ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સુધી ઓછી થતી નથી. પરમાણુ ઘટનામાં ગુણાત્મક રીતે ત્રણ અલગ-અલગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ છે તે દર્શાવતું એક સારું ઉદાહરણ કિરણોત્સર્ગીતામાંથી આવે છે. પ્રયોગો ત્રણ અલગ-અલગ પ્રકારની રેડિયોએક્ટિવિટીની હાજરી દર્શાવે છે: a-, b- અને g-કિરણોત્સર્ગી ક્ષય. આ કિસ્સામાં, એ-સડો મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે છે, જી-સડો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે છે. બાકીના બી-સડોને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા સમજાવી શકાતી નથી, અને આપણે સ્વીકારવાની ફરજ પડી છે કે અન્ય મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે, જેને નબળા કહેવાય છે. સામાન્ય કિસ્સામાં, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા રજૂ કરવાની જરૂરિયાત એ હકીકતને કારણે છે કે પ્રક્રિયાઓ પ્રકૃતિમાં થાય છે જેમાં સંરક્ષણ કાયદા દ્વારા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને મજબૂત સડો પ્રતિબંધિત છે.
જોકે નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ન્યુક્લિયસની અંદર નોંધપાત્ર રીતે કેન્દ્રિત છે, તે ચોક્કસ મેક્રોસ્કોપિક અભિવ્યક્તિઓ ધરાવે છે. આપણે પહેલેથી જ નોંધ્યું છે તેમ, તે બી-રેડિયોએક્ટિવિટીની પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલું છે. વધુમાં, નબળું ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તારાઓમાં ઊર્જા પ્રકાશનની પદ્ધતિ માટે જવાબદાર કહેવાતી થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સૌથી અદ્ભુત મિલકત એ પ્રક્રિયાઓનું અસ્તિત્વ છે જેમાં અરીસાની અસમપ્રમાણતા પ્રગટ થાય છે. પ્રથમ નજરમાં, તે સ્પષ્ટ લાગે છે કે ડાબી અને જમણી વિભાવનાઓ વચ્ચેનો તફાવત મનસ્વી છે. ખરેખર, ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રક્રિયાઓ અવકાશી વ્યુત્ક્રમના સંદર્ભમાં અપરિવર્તનશીલ છે, જે અરીસાના પ્રતિબિંબને વહન કરે છે. એવું કહેવાય છે કે આવી પ્રક્રિયાઓમાં અવકાશી સમાનતા P સાચવવામાં આવે છે જો કે, તે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે નબળા પ્રક્રિયાઓ અવકાશી સમાનતાના બિન-સંરક્ષણ સાથે આગળ વધી શકે છે અને તેથી, ડાબે અને જમણે વચ્ચેનો તફાવત સમજાય છે. હાલમાં, એવા નક્કર પ્રાયોગિક પુરાવા છે કે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં સમાનતા બિન-સંરક્ષણ પ્રકૃતિમાં સાર્વત્રિક છે તે માત્ર પ્રાથમિક કણોના ક્ષયમાં જ નહીં, પણ પરમાણુ અને અણુ ઘટનાઓમાં પણ પ્રગટ થાય છે. તે ઓળખવું જોઈએ કે અરીસાની અસમપ્રમાણતા એ સૌથી મૂળભૂત સ્તરે કુદરતની મિલકત છે.
બધા ચાર્જ થયેલ શરીર, બધા ચાર્જ થયેલ પ્રાથમિક કણો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે. આ અર્થમાં, તે તદ્દન સાર્વત્રિક છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંત મેક્સવેલિયન ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ છે. ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ e એ કપ્લીંગ કોન્સ્ટન્ટ તરીકે લેવામાં આવે છે.
જો આપણે બે પોઈન્ટ ચાર્જીસ q1 અને q2 ને બાકીના સમયે ધ્યાનમાં લઈએ, તો તેમની વિદ્યુતચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જાણીતા ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક બળમાં ઘટશે. આનો અર્થ એ છે કે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા લાંબી-શ્રેણીની છે અને ચાર્જ વચ્ચેનું અંતર વધવાથી ધીમે ધીમે ક્ષીણ થાય છે. ચાર્જ થયેલ કણ ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરે છે, જેના કારણે તેની ગતિની સ્થિતિ બદલાય છે. અન્ય એક કણ આ ફોટોનને શોષી લે છે અને તેની ગતિની સ્થિતિમાં પણ ફેરફાર કરે છે. પરિણામે, કણો એકબીજાની હાજરી અનુભવે છે. તે જાણીતું છે કે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એક પરિમાણીય જથ્થો છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિમાણહીન જોડાણ સ્થિરાંકને રજૂ કરવું અનુકૂળ છે. આ કરવા માટે, તમારે મૂળભૂત સ્થિરાંકોનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે અને c. પરિણામે, આપણે નીચેના પરિમાણહીન કપ્લીંગ કોન્સ્ટન્ટ પર પહોંચીએ છીએ, જેને અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ફાઈન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટ કહેવાય છે.
તે જોવાનું સરળ છે કે આ સતત ગુરુત્વાકર્ષણ અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના સ્થિરાંકો કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધી જાય છે.
આધુનિક દૃષ્ટિકોણથી, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ એકલ વિદ્યુત નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વિવિધ પાસાઓનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ઇલેક્ટ્રોવેક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો એકીકૃત સિદ્ધાંત બનાવવામાં આવ્યો છે - વેઇનબર્ગ-સલામ-ગ્લાશો સિદ્ધાંત, જે એકીકૃત સ્થિતિમાંથી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના તમામ પાસાઓને સમજાવે છે. શું ગુણાત્મક સ્તરે સમજવું શક્ય છે કે સંયુક્ત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું અલગ, મોટે ભાગે સ્વતંત્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં વિભાજન કેવી રીતે થાય છે?
જ્યાં સુધી લાક્ષણિક શક્તિઓ પૂરતી નાની હોય ત્યાં સુધી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અલગ પડે છે અને એકબીજાને અસર કરતા નથી. જેમ જેમ ઉર્જા વધે છે તેમ તેમ તેમનો પરસ્પર પ્રભાવ શરૂ થાય છે અને પર્યાપ્ત ઉચ્ચ ઉર્જા પર આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ એક જ ઈલેક્ટ્રોવીક ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભળી જાય છે. લાક્ષણિક એકીકરણ ઉર્જા 102 GeV (GeV ગીગાઈલેક્ટ્રોન-વોલ્ટ માટે ટૂંકી છે, 1 GeV = 109 eV, 1 eV = 1.6 10-12 erg = 1.6 1019 J) હોવાનો અંદાજ છે. સરખામણી માટે, અમે નોંધીએ છીએ કે હાઇડ્રોજન અણુની જમીનની સ્થિતિમાં ઇલેક્ટ્રોનની લાક્ષણિક ઉર્જા લગભગ 10-8 GeV છે, અણુ ન્યુક્લિયસની લાક્ષણિક બંધન ઊર્જા લગભગ 10-2 GeV છે, અને ઘનની લાક્ષણિક બંધન ઊર્જા લગભગ 10-10 GeV છે. આમ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના સંયોજનની લાક્ષણિક ઊર્જા અણુ અને પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં લાક્ષણિક ઊર્જાની તુલનામાં પ્રચંડ છે. આ કારણોસર, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સામાન્ય ભૌતિક ઘટનામાં તેમનો એક સાર પ્રગટ કરતા નથી.
મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા
મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અણુ ન્યુક્લીની સ્થિરતા માટે જવાબદાર છે. મોટાભાગના રાસાયણિક તત્વોના પરમાણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્રો સ્થિર હોવાથી, તે સ્પષ્ટ છે કે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જે તેમને સડોથી બચાવે છે તે ખૂબ જ મજબૂત હોવી જોઈએ. તે જાણીતું છે કે ન્યુક્લીમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન હોય છે. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ પ્રોટોનને જુદી જુદી દિશામાં છૂટાછવાયા અટકાવવા માટે, તેમની વચ્ચે આકર્ષક બળ હોવું જરૂરી છે જે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક વિસર્જનના દળોને ઓળંગે છે. તે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે જે આ આકર્ષક દળો માટે જવાબદાર છે.
મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની લાક્ષણિકતા તેની ચાર્જ સ્વતંત્રતા છે. પ્રોટોન વચ્ચે, ન્યુટ્રોન વચ્ચે અને પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન વચ્ચેના આકર્ષણના પરમાણુ બળો આવશ્યકપણે સમાન છે. તે અનુસરે છે કે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના દૃષ્ટિકોણથી, પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન અસ્પષ્ટ છે અને તેમના માટે એક શબ્દ ન્યુક્લિયન, એટલે કે, પરમાણુ કણનો ઉપયોગ થાય છે.
તેથી, અમે પ્રકૃતિની ચાર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સંબંધિત મૂળભૂત માહિતીની સમીક્ષા કરી છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના માઇક્રોસ્કોપિક અને મેક્રોસ્કોપિક અભિવ્યક્તિઓ અને ભૌતિક ઘટનાઓનું ચિત્ર જેમાં તેઓ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે તેનું ટૂંકમાં વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે.
