القوة الضعيفة هي إحدى القوى الأساسية الأربعة التي تحكم كل مادة في الكون. الثلاثة الآخرون هم الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوة الشديدة. بينما تعمل القوى الأخرى على تماسك الأشياء معًا ، تلعب القوة الضعيفة دورًا كبيرًا في تحطيمها.
القوة الضعيفة أقوى من الجاذبية ، لكنها فعالة فقط على مسافات صغيرة جدًا. تعمل القوة على المستوى دون الذري وتلعب دورًا حاسمًا في توفير الطاقة للنجوم وخلق العناصر. كما أنها مسؤولة عن معظم الإشعاع الطبيعي في الكون.
نظرية فيرمي
طور الفيزيائي الإيطالي إنريكو فيرمي نظرية في عام 1933 لشرح اضمحلال بيتا ، وهي عملية تحويل النيوترون إلى بروتون وطرد الإلكترون ، وغالبًا ما يشار إليها في هذا السياق باسم جسيم بيتا. حدد نوعًا جديدًا من القوة ، ما يسمى بالقوة الضعيفة ، والتي كانت مسؤولة عن الاضمحلال ، وهي العملية الأساسية لتحويل النيوترون إلى بروتون ، ونيوترينو وإلكترون ، والتي تم تحديدها لاحقًا على أنها مضادات النيترينو.
فيرمي في الأصليفترض أنه لم يكن هناك مسافة والالتصاق. يجب أن يكون الجسيمان على اتصال حتى تعمل القوة. تم الكشف منذ ذلك الحين أن القوة الضعيفة هي في الواقع قوة جذب تتجلى على مسافة قصيرة للغاية ، تساوي 0.1٪ من قطر البروتون.
القوة الكهروضعيفة
في حالات الاضمحلال الإشعاعي ، تكون القوة الضعيفة أصغر بحوالي 100000 مرة من القوة الكهرومغناطيسية. ومع ذلك ، فمن المعروف الآن أنها مساوية جوهريًا للظاهرة الكهرومغناطيسية ، ويُعتقد أن هاتين الظاهرتين المتميزتين على ما يبدو مظاهر لقوة كهروضعيفة واحدة. وهذا ما تؤكده حقيقة أنها تتحد عند طاقات أكبر من 100 جيجا إلكترون فولت.
في بعض الأحيان يقولون أن التفاعل الضعيف يتجلى في تحلل الجزيئات. ومع ذلك ، فإن القوى بين الجزيئات ذات طبيعة إلكتروستاتيكية. تم اكتشافهم من قبل فان دير فال وتحمل اسمه.
النموذج القياسي
التفاعل الضعيف في الفيزياء هو جزء من النموذج القياسي - نظرية الجسيمات الأولية ، التي تصف البنية الأساسية للمادة باستخدام مجموعة من المعادلات الأنيقة. وفقًا لهذا النموذج ، فإن الجسيمات الأولية ، أي تلك التي لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر ، هي اللبنات الأساسية للكون.
أحد هذه الجسيمات هو الكوارك. لا يفترض العلماء وجود أي شيء أقل من ذلك ، لكنهم ما زالوا يبحثون. هناك 6 أنواع أو أنواع مختلفة من الكواركات. دعونا نرتبهمزيادة الكتلة:
- أعلى ؛
- أقل ؛
- غريب ؛
- مسحور ؛
- بديع ؛
- صحيح.
في مجموعات مختلفة ، فإنها تشكل أنواعًا مختلفة من الجسيمات دون الذرية. على سبيل المثال ، تتكون كل من البروتونات والنيوترونات - وهي جسيمات كبيرة من نواة الذرة - من ثلاثة كواركات. يشكل الجزءان العلويان والسفلي بروتونًا. الجزء العلوي والسفلي يشكلان نيوترونًا. تغيير نوع الكوارك يمكن أن يحول البروتون إلى نيوترون ، وبالتالي تحويل عنصر إلى آخر.
نوع آخر من الجسيمات الأولية هو البوزون. هذه الجسيمات عبارة عن ناقلات تفاعلية تتكون من حزم طاقة. الفوتونات هي نوع من البوزون ، والغلونات نوع آخر. كل من هذه القوى الأربع هي نتيجة تبادل حوامل التفاعل. يتم تنفيذ التفاعل القوي بواسطة الغلوون والتفاعل الكهرومغناطيسي بواسطة الفوتون. الجرافيتون هو نظريًا حامل الجاذبية ، لكن لم يتم العثور عليه.
W- و Z- بوزونات
تفاعل ضعيف بواسطة W- و Z-bosons. تنبأ الحائزون على جائزة نوبل ستيفن واينبرغ وشيلدون سلام وعبد الغليشو بهذه الجسيمات في الستينيات واكتشفت في عام 1983 في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية CERN.
W-bosons مشحون كهربائيًا ويُشار إليها بالرموز W+(مشحونة إيجابياً) و W-(سالبة الشحنة). يغير W-boson تكوين الجسيمات. عن طريق إصدار بوزون W مشحون كهربائيًا ، تغير القوة الضعيفة نوع الكوارك ، مكونة بروتونًاإلى نيوترون أو العكس. هذا ما يسبب الاندماج النووي ويؤدي إلى احتراق النجوم.
هذا التفاعل يخلق عناصر أثقل يتم إلقاؤها في النهاية في الفضاء بواسطة انفجارات المستعر الأعظم لتصبح اللبنات الأساسية للكواكب والنباتات والناس وكل شيء آخر على الأرض.
تيار محايد
Z-boson محايد ويحمل تيارًا محايدًا ضعيفًا. من الصعب اكتشاف تفاعلها مع الجسيمات. قادت عمليات البحث التجريبية عن بوزونات W- و Z-Z في الستينيات العلماء إلى نظرية تجمع بين القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة في "كهربية ضعيفة" واحدة. ومع ذلك ، تطلبت النظرية أن تكون الجسيمات الحاملة عديمة الوزن ، وعرف العلماء أنه من الناحية النظرية يجب أن يكون بوزون W ثقيلًا لتفسير مدى قصره. عزا المنظرون الكتلة W إلى آلية غير مرئية تسمى آلية Higgs ، والتي توفر وجود Higgs boson.
في عام 2012 ، ذكرت CERN أن العلماء الذين يستخدمون أكبر معجل في العالم ، مصادم الهادرونات الكبير ، لاحظوا جسيمًا جديدًا "يتوافق مع بوزون هيغز".
اضمحلال بيتا
يتجلى ضعف التفاعل في β-decay - وهي العملية التي يتحول فيها البروتون إلى نيوترون والعكس صحيح. يحدث ذلك عندما يتحول أحدها إلى نواة بها عدد كبير جدًا من النيوترونات أو البروتونات.
يمكن أن يحدث تسوس بيتا بإحدى طريقتين:
- في حالة اضمحلال بيتا ناقص ، يتم كتابتها أحيانًا كـβ--decay ، ينقسم النيوترون إلى بروتون ومضاد نيوترينو وإلكترون.
- يتجلى ضعف التفاعل في اضمحلال النوى الذرية ، والذي يُكتب أحيانًا كـ β+-decay ، عندما ينقسم البروتون إلى نيوترون ونيوترينو وبوزيترون.
يمكن أن يتحول أحد العناصر إلى عنصر آخر عندما يتحول أحد نيوتروناته تلقائيًا إلى بروتون من خلال تحلل بيتا ناقص ، أو عندما يتحول أحد بروتوناته تلقائيًا إلى نيوترون من خلال β+ -decay.
يحدث اضمحلال بيتا المزدوج عندما يتحول بروتونان في النواة في نفس الوقت إلى نيوترونين أو العكس ، مما يؤدي إلى انبعاث 2 إلكترون مضاد للنوترينو وجسيمين بيتا. في اضمحلال بيتا المضاعف الافتراضي عديم النيوترينات ، لا يتم إنتاج النيوترينوات.
الالتقاط الإلكتروني
يمكن أن يتحول البروتون إلى نيوترون من خلال عملية تسمى التقاط الإلكترون أو K-Capture. عندما تحتوي النواة على عدد زائد من البروتونات بالنسبة لعدد النيوترونات ، يبدو أن الإلكترون ، من غلاف الإلكترون الداخلي ، يسقط في النواة. يتم التقاط إلكترون المدار بواسطة النواة الأم ، ونواتجها النواة البنت والنيوترينو. يتناقص العدد الذري لنواة الابنة الناتجة بمقدار 1 ، لكن العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات يظل كما هو.
تفاعل الانصهار
تشارك القوة الضعيفة في الاندماج النووي ، وهو التفاعل الذي يدفع الشمس وقنابل الاندماج (الهيدروجين).
الخطوة الأولى في اندماج الهيدروجين هي اصطدام اثنينالبروتونات بقوة كافية للتغلب على التنافر المتبادل الذي تتعرض له بسبب تفاعلها الكهرومغناطيسي.
إذا تم وضع كلا الجزيئين بالقرب من بعضهما البعض ، فإن التفاعل القوي يمكن أن يربط بينهما. هذا يخلق شكلاً غير مستقر من الهيليوم (2He) ، والذي يحتوي على نواة مع بروتونين ، على عكس الشكل المستقر (4He) ، الذي يحتوي على نيوترونين وبروتونين.
الخطوة التالية هي ضعف التفاعل. بسبب وجود فائض من البروتونات ، يخضع أحدهم لاضمحلال بيتا. بعد ذلك ، ردود الفعل الأخرى ، بما في ذلك التكوين الوسيط والانصهار3هو ، في النهاية يشكل مستقرًا4هو.
