KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN RUSIA
Anggaran negara federal lembaga pendidikan
lebih tinggi pendidikan kejuruan
"Negara Bagian St. Petersburg Universitas Elektroteknik"LETI" dinamai menurut namanya. V.I.Ulyanova (Lenin)"
(SPbGETU)
Fakultas Ekonomi dan Manajemen
Departemen Fisika
Dalam disiplin "Konsep" ilmu pengetahuan alam modern"
pada topik " Interaksi yang lemah"
Diperiksa:
Altmark Alexander Moiseevich
Selesai:
siswa gr. 3603
Kolisetskaya Maria Vladimirovna
Sankt Peterburg
1. Interaksi lemah merupakan salah satu dari empat interaksi fundamental
Sejarah penelitian
Peran di alam
Gaya lemah merupakan salah satu dari empat gaya fundamental
Gaya lemah, atau gaya nuklir lemah, adalah salah satunya empat mendasar interaksi
Interaksi lemah bersifat jangka pendek - ia memanifestasikan dirinya pada jarak yang jauh lebih kecil daripada inti atom
Boson vektor adalah pembawa interaksi lemah
Untuk pertama kalinya, interaksi lemah diamati selama peluruhan inti atom. Dan ternyata, peluruhan ini berhubungan dengan transformasi proton menjadi neutron di dalam inti dan sebaliknya:
R? n + e+ + ?e, n ? p + e- + e,
dimana n adalah neutron, p adalah proton, e- adalah elektron, e adalah antineutrino elektron.
Partikel dasar biasanya dibagi menjadi tiga kelompok:
) foton; kelompok ini hanya terdiri dari satu partikel - foton - kuantum radiasi elektromagnetik;
) lepton (dari bahasa Yunani "leptos" - cahaya), hanya berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik dan lemah. Lepton termasuk elektron dan muon neutrino, elektron, muon dan lepton berat yang ditemukan pada tahun 1975 - t-lepton, atau taon, dengan massa sekitar 3487me, serta antipartikelnya yang sesuai. Nama lepton disebabkan oleh fakta bahwa massa lepton pertama yang diketahui lebih kecil dibandingkan massa semua partikel lainnya. Lepton juga termasuk neutrino rahasia, yang keberadaannya di akhir-akhir ini juga dipasang;
) hadron (dari bahasa Yunani "adros" - besar, kuat). Hadron memiliki interaksi yang kuat bersama dengan interaksi elektromagnetik dan lemah. Dari partikel-partikel yang dibahas di atas, termasuk proton, neutron, pion, dan kaon.
Sifat-sifat interaksi lemah
Interaksi lemah mempunyai ciri khas:
Semua fermion fundamental mengambil bagian dalam interaksi lemah
Operasi P mengubah tanda apa pun vektor kutub
Pengoperasian inversi spasial mengubah sistem menjadi sistem cermin simetris. Simetri cermin diamati dalam proses di bawah pengaruh interaksi yang kuat dan elektromagnetik. Simetri cermin dalam proses ini berarti bahwa dalam keadaan simetris cermin, transisi diwujudkan dengan probabilitas yang sama.
G. ? Yang Zhenning, Li Zongdao menerima Hadiah Nobel Fisika. Untuk studi mendalamnya tentang apa yang disebut hukum paritas, yang menghasilkan penemuan penting di bidang partikel elementer.
Selain paritas spasial, interaksi yang lemah juga tidak mempertahankan paritas gabungan muatan-ruang, yaitu satu-satunya interaksi yang diketahui melanggar prinsip invarian CP.
Simetri muatan berarti jika ada proses yang melibatkan partikel, maka ketika digantikan oleh antipartikel (konjugasi muatan), proses tersebut juga ada dan terjadi dengan probabilitas yang sama. Simetri muatan tidak ada dalam proses yang melibatkan neutrino dan antineutrino. Di alam, hanya ada neutrino kidal dan antineutrino kidal. Jika masing-masing partikel ini (untuk kepastiannya, kita anggap elektron neutrino? e dan antineutrino e) dikenai operasi konjugasi muatan, maka mereka akan berubah menjadi objek tidak ada dengan bilangan lepton dan helisitas.
Jadi, dalam interaksi lemah, invariansi P dan C dilanggar secara bersamaan. Namun, bagaimana jika dua operasi berturut-turut dilakukan pada neutrino (antineutrino)? Transformasi P dan C (urutan operasinya tidak penting), maka kita kembali memperoleh neutrino yang ada di alam. Urutan operasi dan (atau dalam urutan terbalik) disebut transformasi CP. Hasil transformasi CP (gabungan inversi) dari ?e dan e adalah sebagai berikut:
Jadi, untuk neutrino dan antineutrino, operasi yang mengubah partikel menjadi antipartikel bukanlah operasi konjugasi muatan, melainkan transformasi CP.
Sejarah penelitian
Studi tentang interaksi lemah terus berlanjut jangka waktu yang lama.
Pada tahun 1896, Becquerel menemukan bahwa garam uranium memancarkan radiasi tembus (peluruhan thorium). Ini adalah awal dari studi tentang interaksi lemah.
Pada tahun 1930, Pauli mengajukan hipotesis bahwa selama peluruhan ?-, bersama dengan elektron (e), partikel netral ringan dipancarkan? neutrino (?). Pada tahun yang sama, Fermi mengajukan teori medan kuantum peluruhan β. Peluruhan neutron (n) merupakan akibat interaksi dua arus: arus hadronik mengubah neutron menjadi proton (p), arus leptonik menghasilkan pasangan elektron + neutrino. Pada tahun 1956, Reines pertama kali mengamati reaksi er? ne+ dalam percobaan di dekat reaktor nuklir.
Lee dan Yang menjelaskan paradoks peluruhan meson K+ (? ~ ? misteri)? membusuk menjadi 2 dan 3 pion. Hal ini terkait dengan non-konservasi paritas spasial. Asimetri cermin telah ditemukan pada peluruhan β inti, peluruhan muon, pion, K-meson, dan hiperon.
Pada tahun 1957, Gell-Mann, Feynman, Marshak, Sudarshan melamar teori universal interaksi lemah, berdasarkan struktur quark hadron. Teori ini disebut teori V-A, mengarah pada deskripsi interaksi lemah menggunakan diagram Feynman. Pada saat yang sama, fenomena baru yang mendasar ditemukan: pelanggaran invariansi CP dan arus netral.
Pada tahun 1960-an oleh Sheldon Lee Glashow
Pada tahun 1991-2001, studi peluruhan boson Z0 dilakukan di akselerator LEP2 (CERN), yang menunjukkan bahwa di alam hanya ada tiga generasi lepton: ?e, ?? Dan??.
Peran di alam
interaksi nuklir lemah
Proses paling umum yang disebabkan oleh interaksi lemah adalah peluruhan b inti atom radioaktif. Fenomena radioaktivitas<#"justify">Daftar literatur bekas
1. Novozhilov Yu.V. Pengantar teori partikel elementer. M.: Nauka, 1972
Okun B. Interaksi lemah partikel elementer. M.: Fizmatgiz, 1963
Diagram Feynman tentang peluruhan beta neutron menjadi proton, elektron, dan antineutrino elektron melalui boson W perantara adalah salah satu dari empat interaksi fisik mendasar antara partikel elementer, bersama dengan gravitasi, elektromagnetik, dan kuat. Manifestasinya yang paling terkenal adalah peluruhan beta dan radioaktivitas yang terkait dengannya. Interaksi bernama lemah, karena kekuatan medan yang bersesuaian dengannya adalah 10 13 lebih kecil daripada kekuatan medan yang menyatu partikel nuklir(nukleon dan quark) dan 10 10 lebih kecil dari gaya Coulomb pada skala ini, tetapi jauh lebih kuat daripada gaya gravitasi. Interaksinya mempunyai jangkauan yang pendek dan hanya muncul pada jarak sesuai urutan ukuran inti atom.Teori interaksi lemah pertama dikemukakan oleh Enrico Fermi pada tahun 1930. Saat mengembangkan teori tersebut, ia menggunakan hipotesis Wolfgang Pauli tentang keberadaan partikel elementer baru, neutrino, pada saat itu.
Interaksi lemah menggambarkan proses-proses dalam fisika nuklir dan partikel yang terjadi relatif lambat, berbeda dengan proses cepat yang disebabkan oleh interaksi kuat. Misalnya, waktu paruh neutron kira-kira 16 menit. – Keabadian dibandingkan dengan proses nuklir, yang ditandai dengan waktu 10 -23 detik.
Sebagai perbandingan, pion bermuatan? ± meluruh melalui interaksi lemah dan mempunyai umur 2,6033 ± 0,0005 x 10 -8 s, sedangkan pion netral? 0 meluruh menjadi dua sinar gamma melalui interaksi elektromagnetik dan memiliki masa pakai 8,4 ± 0,6 x 10 -17 s.
Ciri interaksi lainnya adalah jalur bebas partikel dalam suatu zat. Partikel yang berinteraksi melalui interaksi elektromagnetik - partikel bermuatan, gamma quanta - dapat ditahan oleh pelat besi setebal beberapa puluh sentimeter. Sedangkan neutrino, yang interaksinya hanya lemah, melewati lapisan logam setebal satu miliar kilometer tanpa pernah bertabrakan.
Interaksi lemah melibatkan quark dan lepton, termasuk neutrino. Dalam hal ini, aroma partikel berubah, mis. tipe mereka. Misalnya, akibat peluruhan sebuah neutron, salah satu d-quarknya berubah menjadi u-quark. Neutrino unik karena berinteraksi dengan partikel lain hanya melalui interaksi gravitasi yang lemah, dan bahkan lebih lemah.
Oleh ide-ide modern, dirumuskan dalam Model standar, gaya lemah dibawa oleh boson pengukur W dan Z, yang ditemukan di akselerator pada tahun 1982. Massanya 80 dan 90 kali massa proton. Pertukaran boson W virtual disebut arus bermuatan, pertukaran boson Z disebut arus netral.
Diagram puncak Feynman menjelaskan proses yang mungkin terjadi dengan partisipasi kalibrasi W-i Z boson dapat dibagi menjadi tiga jenis:
Lepton dapat melakukan viprominit atau menyerap boson W dan berubah menjadi neutrino;
sebuah quark dapat melakukan viprominit atau menyerap boson W, dan mengubah rasanya, menjadi superposisi dari quark lainnya;
lepton atau quark dapat menyerap atau viprominit Z-boson
Kemampuan suatu partikel untuk berinteraksi secara lemah dijelaskan oleh bilangan kuantum yang disebut isospin lemah. Nilai yang mungkin isospin untuk partikel yang dapat menukar boson W dan Z ± 1/2. Partikel inilah yang berinteraksi melalui interaksi lemah. Partikel dengan isospin lemah nol, yang proses pertukaran boson W dan Z tidak mungkin dilakukan, tidak berinteraksi melalui mutualisme lemah. Isospin yang lemah dipertahankan dalam reaksi antar partikel elementer. Ini berarti isospin lemah total semua partikel yang berpartisipasi dalam reaksi tetap tidak berubah, meskipun jenis partikelnya dapat berubah.
Ciri interaksi lemah adalah melanggar paritas, karena hanya fermion dengan kiralitas kidal dan antipartikel fermion dengan kiralitas kidal yang memiliki kemampuan untuk berinteraksi lemah melalui arus bermuatan. Nonkonservasi paritas dalam interaksi lemah ditemukan oleh Yang Zhenning dan Li Zhengdao, dan mereka menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1957. Alasan non-konservasi paritas terlihat pada putusnya simetri secara spontan. Dalam Model Standar, pemutusan simetri berhubungan dengan partikel hipotetis, Higgs boson. Ini adalah satu-satunya partikel model biasa yang belum ditemukan secara eksperimental.
Dengan interaksi yang lemah, simetri CP juga terganggu. Pelanggaran ini ditemukan secara eksperimental pada tahun 1964 dalam percobaan dengan kaon. Penulis penemuan tersebut, James Cronin dan Val Fitch, dianugerahi penghargaan Hadiah Nobel untuk tahun 1980. Non-konservasi simetri CP lebih jarang terjadi dibandingkan pelanggaran paritas. Artinya juga, karena kelestarian simetri CPT bertumpu pada fundamentalnya prinsip fisik– Lorentz dan transformasi jarak pendek, kemungkinan memutus simetri T, mis. non-invarian proses fisik dengan mengubah arah waktu.
Pada tahun 1969, sebuah teori terpadu tentang interaksi elektromagnetik dan nuklir lemah dibangun, yang menyatakan bahwa pada energi 100 GeV, yang sesuai dengan suhu 10 15 K, perbedaan antara proses elektromagnetik dan lemah menghilang. Verifikasi eksperimental terhadap teori terpadu interaksi nuklir lemah dan kuat memerlukan peningkatan energi akselerator sebanyak seratus miliar kali lipat.
Teori interaksi elektrolemah didasarkan pada gugus simetri SU(2).
Meskipun ukurannya kecil dan durasinya pendek, interaksi yang lemah memainkan peran yang sangat penting di alam. Jika interaksi lemah dapat “dimatikan”, maka Matahari akan padam, karena terjadi proses pengubahan proton menjadi neutron, positron, dan neutrino, yang mengakibatkan 4 proton berubah menjadi 4 He, dua positron dan dua neutrino, menjadi mustahil. Proses ini berfungsi sebagai sumber energi utama bagi Matahari dan sebagian besar bintang (lihat siklus Hidrogen). Proses interaksi yang lemah penting bagi evolusi bintang karena menyebabkan hilangnya energi bintang yang sangat panas dalam ledakan supernova dengan pembentukan pulsar, dll. Jika tidak ada interaksi lemah di alam, muon, pi-meson, dan partikel lainnya akan stabil dan tersebar luas dalam materi biasa. Jadi peran penting interaksi yang lemah disebabkan oleh fakta bahwa ia tidak mematuhi sejumlah larangan yang merupakan ciri interaksi kuat dan elektromagnetik. Secara khusus, interaksi yang lemah mengubah lepton bermuatan menjadi neutrino, dan quark dari satu rasa menjadi quark rasa lainnya.
Pada tahun 1896, ilmuwan Perancis Henri Becquerel menemukan radioaktivitas dalam uranium. Ini adalah sinyal eksperimental pertama tentang kekuatan alam yang sebelumnya tidak diketahui - interaksi lemah. Kita sekarang mengetahui bahwa gaya lemah berada di balik banyak fenomena yang sudah kita kenal - misalnya, ia berperan dalam beberapa fenomena reaksi termonuklir, mendukung radiasi Matahari dan bintang lainnya.
Nama "lemah" diberikan pada interaksi ini karena kesalahpahaman - misalnya, untuk proton, interaksi ini 1033 kali lebih kuat interaksi gravitasi(lihat Gravitasi, Kesatuan Alam Ini). Ini lebih merupakan interaksi destruktif, satu-satunya kekuatan alam yang tidak menyatukan substansi, tetapi hanya menghancurkannya. Bisa juga disebut “tidak berprinsip”, karena dalam penghancurannya tidak memperhitungkan prinsip paritas spasial dan reversibilitas temporal, yang diamati oleh kekuatan lain.
Sifat dasar interaksi lemah diketahui pada tahun 1930-an, terutama berkat karya fisikawan Italia E. Fermi. Ternyata, tidak seperti gaya gravitasi dan listrik, gaya lemah mempunyai rentang aksi yang sangat pendek. Pada tahun-tahun itu, tampaknya tidak ada radius aksi sama sekali - interaksi terjadi pada satu titik di ruang angkasa, dan terlebih lagi, secara instan. Interaksi ini bersifat virtual (aktif waktu singkat) mengubah setiap proton inti menjadi neutron, positron menjadi positron dan neutrino, dan setiap neutron menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Dalam inti stabil (lihat Inti atom), transformasi ini tetap bersifat virtual, seperti penciptaan pasangan elektron-positron atau pasangan proton-antiproton secara virtual dalam ruang hampa.
Jika perbedaan massa inti yang berbeda muatannya cukup besar, transformasi maya ini menjadi nyata, dan inti mengubah muatannya sebesar 1, sehingga memancarkan elektron dan antineutrino (peluruhan elektron) atau positron dan neutrino ( peluruhan positron). Neutron memiliki massa yang melebihi sekitar 1 MeV jumlah massa proton dan elektron. Oleh karena itu, neutron bebas meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino, melepaskan energi sekitar 1 MeV. Seumur hidup neutron bebas sekitar 10 menit keadaan terikat, misalnya, pada deuteron, yang terdiri dari neutron dan proton, partikel-partikel ini hidup tanpa batas waktu.
Peristiwa serupa terjadi dengan muon (lihat Peptons) - ia meluruh menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino. Sebelum meluruh, muon hidup sekitar c - jauh lebih sedikit daripada neutron. Teori Fermi menjelaskan hal ini dengan perbedaan massa partikel yang terlibat. Semakin banyak energi yang dilepaskan selama peluruhan, semakin cepat pula peluruhannya. Pelepasan energi selama peluruhan -adalah sekitar 100 MeV, kira-kira 100 kali lebih besar dibandingkan selama peluruhan neutron. Umur suatu partikel berbanding terbalik dengan pangkat lima energi tersebut.
Ternyata dalam beberapa dekade terakhir, interaksi yang lemah bersifat nonlokal, yaitu tidak terjadi secara instan dan tidak pada satu titik. Menurut teori modern, interaksi lemah tidak ditransmisikan secara instan, tetapi pasangan elektron-antineutrino virtual lahir setelah muon berubah menjadi neutrino, dan ini terjadi pada jarak cm , tentu saja, mengukur jarak yang sangat kecil, sama seperti tidak ada stopwatch yang dapat mengukur interval waktu yang begitu kecil. Seperti yang hampir selalu terjadi, di fisika modern kita harus puas dengan data tidak langsung. Fisikawan membangun berbagai hipotesis tentang mekanisme proses dan menguji segala macam konsekuensi dari hipotesis tersebut. Hipotesis yang bertentangan dengan setidaknya satu eksperimen yang dapat diandalkan akan dibuang, dan eksperimen baru dilakukan untuk menguji hipotesis lainnya. Proses ini, dalam kasus interaksi lemah, berlanjut selama sekitar 40 tahun, hingga fisikawan yakin bahwa interaksi lemah dilakukan oleh partikel supermasif - 100 kali lebih berat daripada proton. Partikel-partikel ini memiliki spin 1 dan disebut boson vektor (ditemukan pada tahun 1983 di CERN, Swiss – Perancis).
Ada dua boson vektor bermuatan dan satu boson netral (ikon di atas, seperti biasa, menunjukkan muatan dalam satuan proton). Boson vektor bermuatan “bekerja” dalam peluruhan neutron dan muon. Jalannya peluruhan muon ditunjukkan pada Gambar. (atas, kanan). Gambar seperti ini disebut diagram Feynman; gambar tersebut tidak hanya mengilustrasikan proses, tetapi juga membantu menghitungnya. Ini adalah semacam singkatan dari rumus probabilitas suatu reaksi; ini digunakan di sini untuk tujuan ilustrasi saja.
Muon berubah menjadi neutrino, memancarkan -boson, yang meluruh menjadi elektron dan antineutrino. Energi yang dilepaskan tidak cukup untuk kelahiran -boson yang sebenarnya, sehingga ia dilahirkan secara virtual, yaitu dalam waktu yang sangat singkat. DI DALAM dalam hal ini ini adalah s. Selama waktu ini, medan yang berhubungan dengan -boson tidak memiliki waktu untuk membentuk gelombang, atau sebaliknya, menjadi partikel nyata (lihat Medan dan partikel). Gumpalan medan berukuran cm terbentuk, dan setelah c sebuah elektron dan antineutrino lahir darinya.
Untuk peluruhan neutron, diagram yang sama dapat digambar, tetapi di sini diagram tersebut sudah menyesatkan kita. Faktanya adalah ukuran neutron adalah cm, yaitu 1000 kali lipat lebih besar dari radius tindakan kekuatan lemah. Oleh karena itu, gaya-gaya ini bekerja di dalam neutron, tempat quark berada. Salah satu dari tiga quark neutron memancarkan -boson, berubah menjadi quark lain. Muatan quark dalam sebuah neutron: -1/3, - 1/3 dan seterusnya salah satu dari dua quark dengan muatan negatif-1/3 menjadi quark dengan muatan positif. Hasilnya adalah quark dengan muatan - 1/3, 2/3, 2/3, yang bersama-sama membentuk proton. Produk reaksi - elektron dan antineutrino - terbang bebas keluar dari proton. Tapi itu adalah quark yang mengeluarkan -boson. menerima suap dan mulai bergerak masuk arah berlawanan. Kenapa dia tidak terbang?
Itu disatukan oleh interaksi yang kuat. Interaksi ini akan membawa quark beserta dua temannya yang tidak dapat dipisahkan, sehingga menghasilkan proton yang bergerak. Oleh skema serupa terjadi peluruhan lemah (terkait dengan interaksi lemah) dari hadron yang tersisa. Semuanya bermuara pada emisi boson vektor oleh salah satu quark, transisi boson vektor ini menjadi lepton (, dan -partikel) dan perluasan lebih lanjut dari produk reaksi.
Namun terkadang, peluruhan hadronik juga terjadi: boson vektor dapat meluruh menjadi pasangan quark-antiquark, yang akan berubah menjadi meson.
Jadi, jumlah besar Berbagai reaksi bermuara pada interaksi quark dan lepton dengan boson vektor. Interaksi ini bersifat universal, yaitu sama untuk quark dan lepton. Universalitas interaksi lemah, berbeda dengan universalitas interaksi gravitasi atau elektromagnetik, belum mendapat penjelasan yang komprehensif. Dalam teori modern, interaksi lemah digabungkan dengan interaksi elektromagnetik (lihat Kesatuan kekuatan alam).
Tentang kerusakan simetri akibat interaksi lemah, lihat Paritas, Neutrino. Artikel The Unity of the Forces of Nature berbicara tentang tempat kekuatan lemah dalam gambaran dunia mikro
INTERAKSI LEMAH- salah satu dari empat yayasan yang dikenal. interaksi di antara . S.v. jauh lebih lemah dari kuat dan el-magnetik. interaksi, tetapi jauh lebih kuat daripada interaksi gravitasi. Di tahun 80an Telah ditetapkan bahwa lemah dan el-magn. interaksi - berbeda. manifestasi dari satu interaksi elektrolemah.
Intensitas interaksi dapat dinilai dari kecepatan proses yang ditimbulkannya. Biasanya laju proses dibandingkan satu sama lain pada energi GeV, karakteristik fisika partikel elementer. Pada energi tersebut, proses yang disebabkan oleh interaksi kuat terjadi dalam waktu s, el-magn. proses dari waktu ke waktu, waktu karakteristik dari proses yang terjadi karena energi matahari. ( proses yang lemah), lebih banyak lagi:c, sehingga di dunia partikel elementer, proses yang lemah berlangsung sangat lambat.
Ciri interaksi lainnya adalah partikel dalam materi. Partikel yang berinteraksi kuat (hadron) dapat ditahan oleh pelat besi dengan beberapa ketebalan. puluhan sentimeter, sedangkan neutrino yang hanya memiliki kecepatan kuat akan melewati pelat besi setebal sekitar satu miliar km tanpa mengalami tumbukan satu pun. Gravitasi bahkan lebih lemah. interaksi, yang kekuatannya pada energi ~1 GeV adalah 10 33 kali lebih kecil dibandingkan S. v. Namun, biasanya peran gravitasi. interaksi jauh lebih terlihat daripada peran abad S.. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa gravitasi interaksi, seperti interaksi elektromagnetik, memiliki jangkauan aksi yang sangat luas; oleh karena itu, misalnya, gaya gravitasi bekerja pada benda yang terletak di permukaan bumi. gaya tarik semua atom yang menyusun bumi. Interaksi lemah memiliki rentang tindakan yang sangat singkat: kira-kira. 2*10 -16 cm (yaitu tiga kali lipat kurang dari radius interaksi yang kuat). Sebagai akibatnya, misalnya, S. v. antara inti dua atom tetangga yang terletak pada jarak 10 -8 cm sangatlah kecil, jauh lebih lemah tidak hanya dibandingkan atom elektromagnetik, tetapi juga gravitasi. interaksi di antara mereka.
Namun, meskipun ukurannya kecil dan tindakannya pendek, S. Century. mempunyai peranan yang sangat penting di alam. Jadi, jika energi matahari bisa “dimatikan”, maka Matahari akan padam, karena proses pengubahan proton menjadi neutron, positron, dan neutrino tidak mungkin dilakukan, akibatnya empat proton berubah menjadi 4. Dia, dua positron dan dua neutrino. Proses ini berfungsi sebagai yang utama sumber energi dari Matahari dan sebagian besar bintang (lihat Siklus hidrogen). Proses abad S. dengan emisi neutrino umumnya sangat penting dalam evolusi bintang, karena menyebabkan hilangnya energi oleh bintang yang sangat panas dalam ledakan supernova dengan pembentukan pulsar, dll. Jika tidak ada energi matahari, muon, meson, dan partikel aneh dan terpesona, yang membusuk akibat energi matahari, akan stabil dan tersebar luas di materi biasa. Peran SE yang begitu besar disebabkan karena tidak tunduk pada sejumlah larangan yang bersifat kuat dan el-magnetik. interaksi. Secara khusus, S.v. mengubah lepton bermuatan menjadi neutrino, dan satu jenis (rasa) menjadi quark jenis lainnya.
Intensitas proses lemah meningkat dengan cepat seiring dengan meningkatnya energi. Jadi, peluruhan beta neutron,pelepasan energi di Krom kecil (~1 MeV), berlangsung sekitar. 10 3 s, yaitu 10 13 kali lebih besar dari masa hidup hiperon, pelepasan energi selama peluruhannya adalah ~100 MeV. Penampang interaksi dengan nukleon untuk neutrino dengan energi ~100 GeV adalah kira-kira. satu juta kali lebih banyak dibandingkan neutrino dengan energi ~1 MeV. Menurut teori konsep, pertumbuhan penampang akan terus berlanjut pada energi dengan urutan beberapa. ratusan GeV (dalam sistem pusat inersia partikel yang bertabrakan). Pada energi-energi ini dan pada perpindahan momentum yang besar, efek-efek terkait dengan keberadaan boson vektor perantara. Pada jarak antar partikel yang bertabrakan kurang dari 2*10 -16 cm (panjang gelombang Compton boson perantara), S.v. dan el-mag. interaksi mempunyai intensitas yang hampir sama.
Naib. proses umum yang disebabkan oleh abad S. - peluruhan beta inti atom radioaktif. Pada tahun 1934, E. Fermi membangun teori pembusukan yang melibatkan makhluk tertentu. modifikasi membentuk dasar dari teori selanjutnya yang disebut. sistem empat fermion lokal universal. (Interaksi Fermi). Menurut teori Fermi, elektron dan neutrino (lebih tepatnya) yang keluar dari inti radioaktif tidak berada di dalamnya sebelumnya, tetapi muncul pada saat peluruhan. Fenomena ini mirip dengan emisi foton berenergi rendah ( cahaya tampak) atom tereksitasi atau foton berenergi tinggi (kuanta) inti tereksitasi. Alasan terjadinya proses tersebut adalah interaksi listrik. partikel dengan el-magn. bidang: partikel bermuatan bergerak menciptakan arus elektromagnetik, yang mengganggu magnet listrik. bidang; Sebagai hasil interaksi, partikel mentransfer energi ke kuanta medan ini - foton. Interaksi foton dengan el-magn. saat ini dijelaskan oleh ekspresi A. Di Sini e- listrik dasar muatan, yang merupakan konstanta el-magn. interaksi (lihat Konstanta interaksi), A- operator medan foton (yaitu, operator pembuatan dan pemusnahan foton), j em - operator kepadatan el-magn. saat ini (Seringkali, ekspresi arus elektromagnetik juga mencakup pengali e.) Semua biaya berkontribusi pada j em. partikel. Misalnya, istilah yang berhubungan dengan elektron memiliki bentuk :, di mana adalah operator pemusnahan elektron atau kelahiran positron, dan merupakan operator kelahiran elektron atau pemusnahan positron. [Untuk mempermudah, tidak ditunjukkan di atas bahwa j em, juga A, adalah vektor empat dimensi. Lebih tepatnya, Anda harus menulis satu set empat ekspresi di mana - matriks Dirac,= 0, 1, 2, 3. Masing-masing ekspresi ini dikalikan dengan komponen vektor empat dimensi yang bersesuaian.]
Interaksi tersebut tidak hanya menggambarkan emisi dan penyerapan foton oleh elektron dan positron, tetapi juga proses seperti penciptaan pasangan elektron-positron oleh foton (lihat. Kelahiran pasangan)atau penghancuran pasangan ini menjadi foton. Pertukaran foton antara dua muatan. partikel menyebabkan interaksi mereka satu sama lain. Akibatnya, misalnya, terjadi hamburan elektron oleh proton, yang ditunjukkan secara skematis Diagram Feynman, disajikan pada Gambar. 1. Ketika proton dalam inti berpindah dari satu tingkat ke tingkat lainnya, interaksi yang sama dapat menyebabkan lahirnya pasangan elektron-positron (Gbr. 2).
Teori peluruhan Fermi pada dasarnya mirip dengan teori el-magnetik. proses. Fermi mendasarkan teorinya pada interaksi dua "arus lemah" (lihat. Saat ini dalam teori medan kuantum), tetapi berinteraksi satu sama lain bukan pada jarak jauh melalui pertukaran partikel - medan kuantum (foton dalam kasus interaksi elektromagnetik), tetapi secara kontak. Inilah interaksi antara empat medan fermion (empat fermion p, n, e dan neutrino v) di zaman modern. notasi mempunyai bentuk: 
. Di Sini G F- Konstanta Fermi, atau konstanta interaksi empat fermion lemah, eksperimental. arti memotong 
erg*cm 3 (nilainya berdimensi kuadrat panjangnya, dan dalam satuan adalah konstanta 
, Di mana M- massa proton), - operator kelahiran proton (penghancuran antiproton), - operator pemusnahan neutron (penghancuran antineutron), - operator kelahiran elektron (penghancuran positron), ay
- operator penghancuran neutrino (kelahiran antineutrino). (Selanjutnya, operator penciptaan dan pemusnahan partikel ditunjukkan dengan simbol partikel yang bersangkutan, yang dicetak tebal.) Arus yang mengubah neutron menjadi proton kemudian disebut nukleon, dan arus - lepton. Fermi mendalilkan hal itu, seperti el-magn. arus, arus lemah juga merupakan vektor empat dimensi: Oleh karena itu, interaksi Fermi disebut. vektor. 
Mirip dengan kelahiran pasangan elektron-positron (Gbr. 2), peluruhan neutron dapat dijelaskan dengan diagram serupa (Gbr. 3) [antipartikel ditandai dengan simbol “tilde” di atas simbol partikel yang bersesuaian. ]. Interaksi arus lepton dan nukleon seharusnya mengarah pada proses lain, misalnya. untuk bereaksi 
(Gbr. 4), untuk mengukus (Gbr. 5) dan 
dll.
Makhluk Perbedaan arus lemah dan arus elektromagnetik adalah arus lemah mengubah muatan partikel, sedangkan arus listrik mengubah muatan partikel. arus tidak berubah: arus lemah mengubah neutron menjadi proton, elektron menjadi neutrino, dan arus elektromagnetik meninggalkan proton sebagai proton, dan elektron sebagai elektron. Oleh karena itu, tokii ev yang lemah disebut. arus bermuatan. Menurut terminologi ini, magnet listrik biasa. arusnya adalah arus netral.
Teori Fermi didasarkan pada hasil tiga penelitian berbeda. bidang: 1) eksperimental. penelitian abad S. itu sendiri (-peluruhan), yang mengarah pada hipotesis keberadaan neutrino; 2) percobaan. penelitian tentang gaya kuat (), yang mengarah pada penemuan proton dan neutron dan pemahaman bahwa inti atom terbuat dari partikel-partikel ini; 3) percobaan. dan teoritis penelitian el-magnetik interaksi, sebagai akibatnya landasan teori medan kuantum diletakkan. Perkembangan lebih lanjut dari fisika partikel elementer telah berulang kali menegaskan saling ketergantungan yang bermanfaat dalam penelitian bidang kuat, lemah, dan el-magnetik. interaksi.
Teori universal empat fermion sv. berbeda dari teori Fermi dalam beberapa hal dan poin. Perbedaan-perbedaan ini, yang terjadi pada tahun-tahun berikutnya sebagai hasil studi tentang partikel-partikel elementer, diringkas sebagai berikut.
Hipotesis bahwa S.v. tidak menjaga keseimbangan, dikemukakan oleh Lee Tsung-Dao dan Yang Chen Ning pada tahun 1956 dengan teori penelitian peluruhan K-meson; segera gagal R- dan paritas C ditemukan secara eksperimental dalam peluruhan inti [Bu Chien-Shiung dan rekan kerja], dalam peluruhan muon [R. Garwin (R. Garwin), L. Lederman (L. Lederman), V. Telegdi (V. Telegdi), J. Friedman (J. Friedman), dll] dan dalam peluruhan partikel lainnya.
Meringkas eksperimen besar. materi, M. Gell-Mann, P. Feynman, P. Marshak, dan E. Sudarshan pada tahun 1957 mengajukan teori universal S. v. - yang disebut V- A-teori. Dalam formulasi yang didasarkan pada struktur quark hadron, teori ini menyatakan bahwa total arus bermuatan lemah ju adalah jumlah arus lepton dan quark, dengan masing-masing arus elementer ini mengandung kombinasi matriks Dirac yang sama:
Ternyata nanti, pengisi dayanya. Arus lepton, yang diwakili dalam teori Fermi dengan satu suku, adalah jumlah dari tiga suku: 
dan masing-masing muatan yang diketahui. lepton (elektron, muon dan lepton berat) sudah termasuk dalam biaya. saat ini dengan Anda neutrino.
Mengenakan biaya arus hadronik, yang diwakili oleh istilah dalam teori Fermi, adalah penjumlahan dari arus kuark. Pada tahun 1992, lima jenis quark telah dikenal , dari mana semua hadron yang diketahui dibangun, dan keberadaan kuark keenam diasumsikan ( T Dengan Q =+ 2/3). Arus quark bermuatan, serta arus lepton, biasanya ditulis sebagai jumlah dari tiga suku: 
Namun, berikut adalah kombinasi operator linier d, s, b, jadi arus bermuatan quark terdiri dari sembilan suku. Masing-masing arus merupakan penjumlahan dari arus vektor dan arus aksial dengan koefisien sama dengan satu.
Koefisien sembilan arus quark bermuatan biasanya direpresentasikan sebagai matriks 3x3, yang ujung-ujungnya diparameterisasi oleh tiga sudut dan faktor fase yang mencirikan gangguan tersebut. CP-invarian dalam peluruhan lemah. Matriks ini disebut Kobayashi - Matriks Maskawa (M. Kobayashi, T. Maskawa).
Lagrangian S. v. arus bermuatan memiliki bentuk: 
Pemakan, terkonjugasi, dll). Interaksi arus bermuatan ini secara kuantitatif menggambarkan sejumlah besar proses lemah: leptonik, semi-leptonik ( 
dll.) dan non-leptonik ( 
,, dll.). Banyak dari proses ini ditemukan setelah tahun 1957. Selama periode ini, dua fenomena baru yang mendasar juga ditemukan: pelanggaran invariansi CP dan arus netral. 
Pelanggaran invarian CP ditemukan pada tahun 1964 dalam percobaan oleh J. Christenson, J. Cronin, V. Fitch dan R. Turley, yang mengamati peluruhan meson K° yang berumur panjang menjadi dua meson. Kemudian, pelanggaran invarian CP juga diamati pada peluruhan semileptonik. Untuk memperjelas sifat interaksi CP-non-invarian, sangatlah penting untuk menemukan k-l. Proses CP-non-invarian dalam peluruhan atau interaksi partikel lain. Secara khusus, pencarian momen dipol neutron merupakan hal yang sangat menarik (kehadirannya berarti pelanggaran invarian terhadap pembalikan waktu, dan oleh karena itu, menurut teorema SRT, dan invarian CP).
Keberadaan arus netral diprediksi oleh teori terpadu arus lemah dan arus listrik. interaksi yang tercipta pada tahun 60an. Sh. Glashow, S. Weinberg, A. Salam dan lain-lain dan kemudian menerima nama tersebut. teori standar interaksi elektrolemah. Menurut teori ini, S. v. bukan merupakan interaksi kontak arus, tetapi terjadi melalui pertukaran boson vektor perantara ( W + , W - , Z 0) - partikel masif dengan spin 1. Dalam hal ini, boson melakukan interaksi muatan. arus (Gbr. 6), dan Z 0-boson bersifat netral (Gbr. 7). Dalam teori standar, tiga boson perantara dan satu foton adalah kuanta vektor, yang disebut. bidang pengukur, bertindak pada transfer momentum empat dimensi yang besarnya asimtotik ( , mz, Di mana m w , m z- massa W- dan Z-boson dalam energi. unit) sepenuhnya sama. Arus netral ditemukan pada tahun 1973 dalam interaksi neutrino dan antineutrino dengan nukleon. Belakangan, proses hamburan muon neutrino oleh sebuah elektron ditemukan, serta efek nonkonservasi paritas dalam interaksi elektron dengan nukleon, yang disebabkan oleh arus netral elektron (efek ini pertama kali diamati dalam eksperimen nonkonservasi paritas di transisi atom yang dilakukan di Novosibirsk oleh L. M. Barkov dan M. S. Zolotorev, serta dalam eksperimen hamburan elektron pada proton dan deuteron di AS).
Interaksi arus netral dijelaskan dengan istilah yang sesuai dalam S.V.
di mana adalah parameter tak berdimensi. Dalam teori standar (nilai eksperimen p bertepatan dengan 1 dalam satu persen akurasi eksperimen dan akurasi perhitungan koreksi radiasi). Total arus netral lemah berisi kontribusi dari semua lepton dan semua quark: 
Sifat yang sangat penting dari arus netral adalah bahwa arus tersebut diagonal, yaitu mereka mentransfer lepton (dan quark) ke dirinya sendiri, dan bukan ke lepton (quark) lain, seperti halnya dengan arus bermuatan. Masing-masing dari 12 arus netral quark dan lepton merupakan kombinasi linier dari arus aksial dengan koefisien. saya 3 dan arus vektor dengan koefisien. 
, Di mana saya 3- proyeksi ketiga dari apa yang disebut. lemah putaran isotop, Q- muatan partikel, dan - Sudut Weinberg.
Perlunya keberadaan empat bidang vektor boson perantara W + , W -, Z 0 dan foton A selanjutnya dapat dijelaskan. jalan. Seperti diketahui, di el-magn. interaksi listrik permainan muatan peran ganda: di satu sisi, ini adalah kuantitas yang kekal, dan di sisi lain, ini adalah sumber el-magn. medan yang berinteraksi antar partikel bermuatan (konstanta interaksi e). Inilah peran listrik. muatan disediakan oleh pengukur, yang terdiri dari fakta bahwa persamaan teori tidak berubah ketika fungsi gelombang partikel bermuatan dikalikan dengan faktor fase sembarang tergantung pada titik ruang-waktu [lokal simetri U(1)], dan pada saat yang sama el-mag. bidang yang merupakan bidang pengukur mengalami transformasi. Transformasi Grup Lokal kamu(1) dengan satu jenis muatan dan satu medan pengukur yang saling bolak-balik (kelompok seperti itu disebut Abelian). Properti yang ditentukan adalah listrik. muatan berfungsi sebagai titik awal untuk konstruksi teori dan jenis interaksi lainnya. Dalam teori-teori ini, kuantitas yang kekal (misalnya, putaran isotop) secara bersamaan merupakan sumber medan pengukur tertentu yang mentransfer interaksi antar partikel. Dalam kasus beberapa jenis “muatan” (misalnya, proyeksi putaran isotop yang berbeda), jika terpisah. transformasi tidak saling berpindah-pindah (kelompok transformasi non-Abelian), ternyata perlu diperkenalkan beberapa. bidang pengukur. (Kelipatan bidang pengukur yang sesuai dengan simetri non-Abelian lokal disebut Ladang Young-Mills.) Khususnya, agar bersifat isotop. spin [yang ditanggapi oleh kelompok lokal SU(2)] bertindak sebagai konstanta interaksi, diperlukan tiga bidang pengukur dengan muatan 1 dan 0 Sejak pada abad S.. arus bermuatan pasangan partikel terlibat 
dll., maka pasangan tersebut dianggap sebagai kembaran dari gugus isospin lemah, yaitu gugus SU(2). Invariansi teori dalam transformasi kelompok lokal S.U.(2) memerlukan, sebagaimana disebutkan, keberadaan triplet bidang pengukur tak bermassa W+, W - , W 0, yang sumbernya adalah isospin lemah (konstanta interaksi G). Dengan analogi interaksi kuat, dimana hipercharge Y partikel yang termasuk dalam isotop. multiplet, ditentukan oleh f-loy Q = saya 3 + Y/2(Di mana saya 3- proyeksi ketiga isospin, a Q- listrik muatan), bersama dengan isospin yang lemah, muatan berlebih yang lemah juga diperkenalkan. Lalu hemat listrik. muatan dan isospin lemah sesuai dengan kekekalan hipermuatan lemah [grup [ kamu(1)]. Hypercharge yang lemah adalah sumber bidang pengukur netral B0(konstanta interaksi G"). Dua superposisi medan linier yang saling ortogonal B° Dan W° menjelaskan bidang foton A dan bidang Z-boson: 
Di mana 
. Besarnya sudutlah yang menentukan struktur arus netral. Ini juga mendefinisikan hubungan antara konstanta G, yang mencirikan interaksi boson dengan arus lemah dan arus konstan e, mencirikan interaksi foton dengan listrik. sengatan listrik: 
Agar S. to bersifat jarak pendek, boson perantara harusnya berukuran besar, sedangkan kuanta medan pengukur aslinya - 
- tidak bermassa. Menurut teori standar, kemunculan massa pada boson perantara terjadi ketika pemutusan simetri spontan SU(2) X U(1)ke kamu(1) mereka. Apalagi salah satu superposisi bidang B0 Dan W 0- foton ( A) tetap tidak bermassa, boson a dan Z memperoleh massa:
Mari kita bereksperimen. data tentang arus netral diberikan 
. Massa yang diharapkan sesuai dengan hal ini W- dan Z-boson, masing-masing, dan
Untuk deteksi W- dan Z-boson diciptakan secara khusus. instalasi di mana boson-boson ini lahir dalam tumbukan berkas energi tinggi yang bertabrakan. Instalasi pertama mulai beroperasi pada tahun 1981 di CERN. Pada tahun 1983, muncul laporan tentang deteksi kasus pertama kelahiran perantara di CERN boson vektor. Data kelahiran dipublikasikan pada tahun 1989 W- Dan Z-boson di penumbuk proton-antiproton Amerika - Tevatron, di Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL). K con. tahun 1980-an nomor penuh W- dan Z-boson yang diamati pada penumbuk proton-antiproton di CERN dan FNAL berjumlah ratusan.
Pada tahun 1989, penumbuk elektron-positroin LEP di CERN dan SLC di Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) mulai beroperasi. Pekerjaan LEP sangat sukses, di mana pada awal tahun 1991 tercatat lebih dari setengah juta kasus penciptaan dan peluruhan boson Z. Studi tentang peluruhan Z-boson menunjukkan bahwa tidak ada neutrino lain, kecuali yang diketahui sebelumnya, yang ada di alam. Massa Z-boson diukur dengan akurasi tinggi: t z = 91,173 0,020 GeV (massa boson W diketahui dengan akurasi yang jauh lebih buruk: mw= 80.220.26 GeV). Mempelajari properti W- dan Z-boson menegaskan kebenaran gagasan dasar (pengukur) teori standar interaksi elektrolemah. Namun, untuk menguji teori tersebut secara utuh, perlu juga mempelajari secara eksperimental mekanisme pemutusan simetri spontan. Dalam teori standar, sumber kerusakan simetri spontan 
adalah bidang skalar isdoublet khusus yang mempunyai kekhususan tindakan diri 
, Di mana - konstanta tak berdimensi, dan konstanta h mempunyai dimensi massa 
. Energi interaksi minimum dicapai pada energi terendah. keadaan - vakum - berisi nilai bidang vakum bukan nol. Jika mekanisme pemutusan simetri ini benar-benar terjadi di alam, maka pasti ada boson skalar dasar - yang disebut. Higgs boson(Kuanta bidang Higgs). Teori standar memprediksi keberadaan setidaknya satu skalar boson(harus netral). Ada beberapa versi teori yang lebih kompleks. partikel tersebut, dan beberapa di antaranya bermuatan (ini mungkin). Berbeda dengan boson perantara, massa boson Higgs tidak diprediksi secara teori.
Teori pengukur interaksi elektrolemah dapat dinormalisasi ulang: ini berarti, khususnya, amplitudo interaksi lemah dan el-magnetik. proses dapat dihitung menggunakan teori perturbasi, dan koreksi yang lebih tinggi berukuran kecil, seperti dalam kuantum biasa (lihat. Kemampuan untuk dinormalisasi ulang). (Sebaliknya, teori kecepatan variabel empat fermion tidak dapat dinormalisasi ulang dan bukan merupakan teori yang konsisten secara internal.)
Ada yang teoretis model Unifikasi Hebat, di mana sebagai sebuah kelompok 
interaksi elektrolemah, dan golongan SU(3)interaksi kuat adalah subkelompok dari satu kelompok, yang dicirikan oleh konstanta interaksi pengukur tunggal. Bahkan lebih banyak dana. model, interaksi ini digabungkan dengan interaksi gravitasi (yang disebut serikat super).
menyala.: Dalam Ts. S., Moshkovsky S.A., peluruhan beta, trans. dari bahasa Inggris, M., 1970; Weinberg S., Teori terpadu interaksi partikel elementer, trans. dari bahasa Inggris, UFN, 1976, jilid 118, v. 3, hal. 505; Taylor J., Teori Pengukur Interaksi Lemah, trans. dari bahasa Inggris, M., 1978; Dalam perjalanan menuju teori medan terpadu. Duduk. seni., terjemahan, M., 1980; Okun L.B., Lepton dan quark, edisi ke-2., M., 1990. L.B. Okun.
Interaksi yang lemah
Interaksi yang kuat bersifat jangka pendek. Rentang aksinya sekitar 10-13 cm.
Partikel yang terlibat dalam interaksi kuat disebut hadron. Dalam zat stabil biasa, tidak terlalu banyak suhu tinggi interaksi yang kuat tidak menyebabkan proses apa pun. Perannya adalah menciptakan ikatan yang kuat antar nukleon (proton dan neutron) dalam inti atom. Energi pengikatan rata-rata sekitar 8 MeV per nukleon. Apalagi pada tumbukan inti atau nukleon dengan jumlah yang cukup energi tinggi(di urutan ratusan MeV), interaksi yang kuat menghasilkan banyak interaksi reaksi nuklir: fisi inti, transformasi beberapa inti menjadi inti lainnya, dll.
Dimulai dari energi tumbukan nukleon sekitar beberapa ratus MeV, interaksi kuat mengarah pada produksi P-meson. Pada energi yang lebih tinggi lagi, K-meson dan hiperon, serta banyak resonansi meson dan baryon lahir (resonansi adalah keadaan tereksitasi hadron yang berumur pendek).
Pada saat yang sama, ternyata tidak semua partikel mengalami interaksi kuat. Jadi, proton dan neutron mengalaminya, tetapi elektron, neutrino, dan foton tidak terpengaruh. Biasanya hanya partikel berat yang berpartisipasi dalam interaksi kuat.
Penjelasan teoretis tentang sifat interaksi kuat sulit dikembangkan. Terobosan baru muncul pada awal tahun 1960an, ketika model quark diusulkan. Dalam teori ini, neutron dan proton tidak dianggap sebagai partikel elementer, tetapi sebagai sistem komposit yang dibangun dari quark
Kuanta interaksi kuat adalah delapan gluon. Gluon mendapatkan namanya dari kata bahasa Inggris lem (lem), karena mereka bertanggung jawab atas pengurungan quark. Massa gluon yang tersisa adalah nol. Pada saat yang sama, gluon memiliki muatan berwarna, sehingga mereka mampu berinteraksi satu sama lain, seperti yang mereka katakan, interaksi diri, yang menyebabkan kesulitan dalam menggambarkan interaksi kuat secara matematis karena nonliniernya.
Jangkauan kerjanya kurang dari 10-15 cm. Interaksi lemah beberapa kali lipat lebih lemah tidak hanya dibandingkan interaksi kuat, tetapi juga interaksi elektromagnetik. Selain itu, ia jauh lebih kuat daripada gaya gravitasi di mikrokosmos.
Proses pertama yang ditemukan dan paling umum disebabkan oleh interaksi lemah adalah peluruhan b radioaktif inti.
Diposting di ref.rf
Radioaktivitas jenis ini ditemukan pada tahun 1896 oleh A.A. Becquerelem. Selama proses peluruhan elektron radioaktif /b - -/, salah satu neutron / N/ inti atom berubah menjadi proton / R/ dengan emisi elektron / e-/ dan antineutrino elektron //:
n ® p + e-+
Selama proses peluruhan positronik /b + -/ terjadi transisi berikut:
p® n + e++
Dalam teori peluruhan b pertama yang diciptakan pada tahun 1934 oleh E. Fermi, untuk menjelaskan fenomena ini perlu diperkenalkan hipotesis keberadaan tipe khusus kekuatan jarak pendek yang menyebabkan transisi
n ® p + e-+
Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa interaksi yang diperkenalkan oleh Fermi bersifat universal.
Diposting di ref.rf
Ini menyebabkan peluruhan semua partikel tidak stabil, yang massanya dan aturan seleksinya sesuai bilangan kuantum jangan biarkan mereka membusuk karena interaksi yang kuat atau elektromagnetik. Interaksi lemah melekat pada semua partikel kecuali foton. Waktu karakteristik proses interaksi lemah pada energi orde 100 MeV adalah 13-14 kali lipat lebih lama daripada waktu karakteristik interaksi kuat.
Kuanta interaksi lemah adalah tiga boson - boson W + , W − , Z°-. Superskrip menunjukkan tanda muatan listrik kuanta ini. Kuanta interaksi lemah memiliki massa yang signifikan, yang mengarah pada fakta bahwa interaksi lemah muncul pada jarak yang sangat pendek.
Harus diingat bahwa hari ini sudah masuk teori terpadu interaksi lemah dan elektromagnetik digabungkan. Ada sejumlah skema teoretis, di mana upaya dilakukan untuk menciptakan teori terpadu tentang semua jenis interaksi. Namun, skema ini belum cukup dikembangkan untuk diuji secara eksperimental.
26. Fisika struktural. Pendekatan korpuskuler terhadap deskripsi dan penjelasan alam. Reduksionisme
Objek fisika struktural adalah unsur-unsur struktur materi (misalnya, molekul, atom, partikel elementer) dan pembentukannya yang lebih kompleks. Ini:
1) plasma - itu adalah gas yang sebagian besar molekul atau atomnya terionisasi;
2) kristal- Ini padatan, dimana atom atau molekul tersusun secara teratur dan membentuk bentuk yang berulang secara periodik struktur internal;
3) cairan- Ini keadaan fisik zat, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ menggabungkan ciri-ciri wujud padat (kekekalan volume, kekuatan tarik tertentu) dan wujud gas (variabilitas bentuk).
Ciri-ciri cairan adalah:
a) keteraturan jarak pendek dalam susunan partikel (molekul, atom);
b) perbedaan kecil antara energi kinetik gerak termal dan gerak termalnya energi potensial interaksi.
4) bintang,ᴛ.ᴇ. bola gas (plasma) bercahaya.
Saat memilih persamaan struktural zat menggunakan kriteria berikut:
Dimensi spasial: partikel pada tingkat yang sama memiliki dimensi spasial dengan orde yang sama (misalnya, semua atom memiliki dimensi orde 10 -8 cm);
Waktu proses: pada satu tingkat besarnya kira-kira sama;
Benda-benda pada tingkat yang sama terdiri dari unsur-unsur yang sama (misalnya, semua inti terdiri dari proton dan neutron);
Hukum yang menjelaskan proses pada satu tingkat secara kualitatif berbeda dengan hukum yang menjelaskan proses pada tingkat lain;
Benda-benda pada tingkat yang berbeda berbeda dalam sifat dasarnya (misalnya, semua atom netral secara listrik, dan semua inti bermuatan listrik positif).
Ketika tingkat struktur dan wujud materi baru ditemukan, domain objek fisika struktural semakin meluas.
Penting untuk mempertimbangkan hal ini ketika menyelesaikan masalah tertentu masalah fisik pertanyaan-pertanyaan yang berkaitan dengan penjelasan struktur, interaksi dan gerak saling terkait erat.
Akar fisika struktural adalah pendekatan sel untuk mendeskripsikan dan menjelaskan alam.
Untuk pertama kalinya, konsep atom sebagai partikel tubuh yang terakhir dan tak terpisahkan muncul di Yunani Kuno dalam kerangka ajaran filsafat alam aliran Leucippus-Democritus. Menurut pandangan ini, hanya ada atom di dunia yang bergerak dalam ruang hampa. Para atomis kuno menganggap kesinambungan materi adalah hal yang nyata. Kombinasi atom yang berbeda membentuk benda tampak yang berbeda. Hipotesis ini tidak didasarkan pada data eksperimen. Dia hanya menebak dengan brilian. Tapi itu menentukan segalanya selama berabad-abad yang akan datang. pengembangan lebih lanjut ilmu pengetahuan Alam.
Hipotesis Atom partikel yang tidak dapat dibagi lagi zat dihidupkan kembali dalam ilmu pengetahuan alam, khususnya fisika dan kimia, untuk menjelaskan beberapa hukum yang ditetapkan secara eksperimental (misalnya, hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac untuk gas ideal, ekspansi termal telp, dll). Memang benar hukum Boyle-Mariotte menyatakan bahwa volume gas berbanding terbalik dengan tekanannya, namun tidak menjelaskan mengapa demikian. Demikian pula, jika suatu benda dipanaskan, ukurannya akan bertambah. Namun apa alasan perluasan ini? Dalam teori kinetik materi, pola-pola ini dan pola-pola eksperimental lainnya dijelaskan dengan bantuan atom dan molekul.
Memang, penurunan tekanan gas yang diamati secara langsung dan terukur dengan peningkatan volumenya dalam teori kinetik materi dijelaskan sebagai peningkatan jalur bebas atom dan molekul penyusunnya. Hal ini menyebabkan volume yang ditempati oleh gas bertambah. Demikian pula, pemuaian suatu benda ketika dipanaskan dalam teori kinetik materi dijelaskan oleh perbesaran kecepatan rata-rata molekul yang bergerak.
Penjelasan di mana mereka mencoba mereduksi sifat-sifat zat atau benda kompleks menjadi sifat-sifat unsur atau yang lebih sederhana komponen, ditelepon reduksionisme. Metode analisis ini memungkinkan pemecahan sejumlah besar masalah dalam ilmu pengetahuan alam.
Hingga akhir abad ke-19. Diyakini bahwa atom adalah partikel materi terkecil, tak terpisahkan, dan tidak berstruktur. Pada saat yang sama, penemuan elektron dan radioaktivitas menunjukkan bahwa hal ini tidak benar. Muncul model planet atom Rutherford. Kemudian digantikan oleh model N. Bora. Namun seperti sebelumnya, pemikiran para fisikawan ditujukan untuk mereduksi seluruh keragaman sifat kompleks tubuh dan fenomena alam properti sederhana sejumlah kecil partikel primer. Selanjutnya, partikel-partikel ini disebut dasar. Sekarang mereka jumlah total melebihi 350. Oleh karena itu, kecil kemungkinannya semua partikel tersebut dapat disebut benar-benar elementer, tidak mengandung unsur lain. Keyakinan ini diperkuat dengan hipotesis keberadaan quark. Menurutnya, partikel elementer yang diketahui terdiri dari partikel-partikel dengan muatan listrik pecahan. Mereka dipanggil quark.
Menurut jenis interaksi yang melibatkan partikel-partikel elementer, semuanya, kecuali foton, diklasifikasikan menjadi dua kelompok:
1) hadron. Patut dikatakan bahwa mereka dicirikan oleh adanya interaksi yang kuat. Selain itu, mereka juga dapat berpartisipasi dalam interaksi lemah dan elektromagnetik;
2) lepton. Οʜᴎ hanya berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik dan lemah;
Menurut umurnya, mereka dibedakan:
a) partikel elementer yang stabil. Ini adalah elektron, foton, proton dan neutrino;
b) kuasi-stabil. Ini adalah partikel yang membusuk karena interaksi elektromagnetik dan lemah. Misalnya, ke + ® m++;
c) tidak stabil. Οʜᴎ peluruhan karena interaksi yang kuat, misalnya, neutron.
Muatan listrik partikel elementer adalah kelipatan muatan terkecil yang melekat pada elektron. Pada saat yang sama, partikel elementer dibagi menjadi pasangan partikel - antipartikel, misalnya e - - e + (semuanya mempunyai sifat yang sama, dan tanda muatan listriknya berlawanan). Partikel yang netral secara listrik juga memiliki antipartikel, misalnya, P -,- .
Jadi, konsep atomistik didasarkan pada gagasan tentang struktur materi yang terpisah. Pendekatan atom menjelaskan sifat-sifat suatu benda fisik berdasarkan sifat-sifat partikel terkecilnya, yang pada tahap kognisi tertentu dianggap tidak dapat dibagi-bagi. Secara historis, partikel-partikel tersebut pertama kali dikenali sebagai atom, kemudian sebagai partikel elementer, dan sekarang sebagai quark. Kesulitan dari pendekatan ini adalah reduksi total dari yang kompleks menjadi yang sederhana, yang tidak memperhitungkan perbedaan kualitatif di antara keduanya.
Hingga akhir kuartal pertama abad ke-20, gagasan kesatuan struktur makro dan mikrokosmos dipahami secara mekanis, sebagai identitas hukum yang utuh dan kesamaan utuh struktur keduanya.
Mikropartikel diartikan sebagai salinan miniatur makrobodi, ᴛ.ᴇ. seperti bola (sel darah) yang sangat kecil yang bergerak dalam orbit yang tepat, yang sepenuhnya mirip dengan orbit planet, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa benda langit terikat oleh gaya interaksi gravitasi, dan mikropartikel terikat oleh gaya interaksi listrik.
Setelah penemuan elektron (Thomson, 1897 ᴦ.), penciptaan teori kuantum (Planck, 1900 ᴦ.), pengenalan konsep foton (Einstein, 1905 ᴦ.), doktrin atom diperoleh karakter baru.
Diposting di ref.rf
Gagasan tentang kebijaksanaan diperluas ke bidang fenomena listrik dan cahaya, hingga konsep energi (pada abad ke-19, doktrin energi menjadi bidang gagasan tentang nilai-nilai yang berkesinambungan dan fungsi negara). Fitur paling penting dari modern doktrin atom merupakan atomisme tindakan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pergerakan, sifat dan keadaan berbagai objek mikro dapat dikuantisasi, ᴛ.ᴇ. dinyatakan dalam bentuk besaran dan perbandingan diskrit. Atomisme baru mengakui stabilitas relatif setiap jenis materi yang berbeda, kepastian kualitatifnya, ketidakterpisahan relatifnya, dan ketidakterubahan dalam batas-batas fenomena alam yang diketahui. Misalnya habis dibagi beberapa dengan cara fisik, atom tidak dapat dibagi secara kimia, ᴛ.ᴇ. dalam proses kimia ia berperilaku sebagai sesuatu yang utuh, tidak dapat dibagi-bagi. Molekul, yang secara kimia dapat dibagi menjadi atom-atom, dalam gerakan termal (hingga batasan yang diketahui) berperilaku secara keseluruhan, tidak dapat dibagi, dll.
Yang paling penting dalam konsep atomisme baru adalah pengakuan terhadap interkonvertibilitas semua jenis materi yang terpisah.
Tingkat yang berbeda organisasi struktural realitas fisik(quark, mikropartikel, inti, atom, molekul, makrobodi, megasistem) mempunyai kekhasan tersendiri hukum fisika. Namun betapapun berbedanya fenomena yang diteliti dengan fenomena yang diteliti fisika klasik, semua data eksperimen harus dideskripsikan dengan menggunakan konsep klasik. Terdapat perbedaan mendasar antara deskripsi perilaku objek mikro yang diteliti dan deskripsi tindakan alat ukur. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa tindakan alat ukur pada prinsipnya harus dijelaskan dalam bahasa fisika klasik, dan objek yang dipelajari mungkin tidak dapat dijelaskan dalam bahasa ini.
Pendekatan korpuskuler terhadap penjelasan fenomena fisik dan proses selalu digabungkan dengan pendekatan kontinum sejak munculnya fisika interaksi. Hal itu terungkap dalam konsep lapangan dan pengungkapan perannya di dalamnya interaksi fisik. Representasi medan sebagai aliran partikel jenis tertentu ( teori kuantum bidang) dan atribusi ke mana pun objek fisik sifat gelombang(Hipotesis Louis de Broglie) menyatukan kedua pendekatan analisis fenomena fisik ini.
Interaksi yang lemah - konsep dan tipe. Klasifikasi dan ciri-ciri kategori “Interaksi lemah” 2017, 2018.
