Թույլ ուժը չորս հիմնարար ուժերից մեկն է, որը ղեկավարում է տիեզերքի ողջ նյութը: Մյուս երեքն են՝ ձգողականությունը, էլեկտրամագնիսականությունը և ուժեղ ուժը։ Մինչ մյուս ուժերը պահում են իրերը, թույլ ուժը մեծ դեր է խաղում դրանք քանդելու գործում:
Թույլ ուժն ավելի ուժեղ է, քան ձգողականությունը, բայց այն արդյունավետ է միայն շատ փոքր հեռավորությունների վրա: Ուժը գործում է ենթաատոմային մակարդակում և կարևոր դեր է խաղում աստղերին էներգիա մատակարարելու և տարրեր ստեղծելու գործում: Այն նաև պատասխանատու է տիեզերքի բնական ճառագայթման մեծ մասի համար:
Ֆերմի տեսություն
Իտալացի ֆիզիկոս Էնրիկո Ֆերմին 1933 թվականին մշակեց մի տեսություն՝ բացատրելու բետա քայքայումը՝ նեյտրոնը պրոտոնի վերածելու և էլեկտրոնի արտաքսման գործընթացը, որը հաճախ այս համատեքստում կոչվում է բետա մասնիկ: Նա բացահայտեց ուժի նոր տեսակ՝ այսպես կոչված թույլ ուժը, որը պատասխանատու էր քայքայման համար, նեյտրոնի փոխակերպման հիմնարար գործընթացը պրոտոնի, նեյտրինոյի և էլեկտրոնի, որը հետագայում ճանաչվեց որպես հականեյտրինո։
Ֆերմին սկզբնապեսենթադրեց, որ կա զրոյական հեռավորություն և կպչունություն: Երկու մասնիկները պետք է շփվեին, որպեսզի ուժը գործեր: Դրանից հետո պարզվել է, որ թույլ ուժը իրականում գրավիչ ուժ է, որը դրսևորվում է չափազանց կարճ հեռավորության վրա՝ հավասար պրոտոնի տրամագծի 0,1%-ին։
Էլեկտրաթույլ ուժ
Ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ թույլ ուժը մոտավորապես 100000 անգամ փոքր է էլեկտրամագնիսական ուժից: Այնուամենայնիվ, այժմ հայտնի է, որ այն էապես հավասար է էլեկտրամագնիսականին, և այս երկու ակնհայտորեն տարբեր երևույթները համարվում են մեկ էլեկտրաթույլ ուժի դրսևորումներ: Սա հաստատում է այն փաստը, որ դրանք միավորվում են 100 ԳեՎ-ից ավելի էներգիայի դեպքում։
Երբեմն ասում են, որ թույլ փոխազդեցությունը դրսևորվում է մոլեկուլների քայքայման մեջ։ Այնուամենայնիվ, միջմոլեկուլային ուժերը ունեն էլեկտրաստատիկ բնույթ: Դրանք հայտնաբերվել են վան դեր Վալսի կողմից և կրում են նրա անունը։
Ստանդարտ մոդել
Թույլ փոխազդեցությունը ֆիզիկայում ստանդարտ մոդելի մի մասն է՝ տարրական մասնիկների տեսությունը, որը նկարագրում է նյութի հիմնարար կառուցվածքը՝ օգտագործելով նրբագեղ հավասարումներ: Ըստ այս մոդելի՝ տարրական մասնիկները, այսինքն՝ այն, ինչը չի կարելի բաժանել ավելի փոքր մասերի, տիեզերքի շինանյութերն են։
Այս մասնիկներից մեկը քվարկն է: Գիտնականները ավելի քիչ բանի գոյությունը չեն ենթադրում, բայց դեռ փնտրում են։ Գոյություն ունեն քվարկների 6 տեսակ կամ տեսակ։ Եկեք դրանք դասավորենքզանգվածային աճ:
- վերև;
- ստորին;
- տարօրինակ;
- հմայված;
- պաշտելի;
- ճշմարիտ.
Տարբեր համակցություններում նրանք ձևավորում են բազմաթիվ տարբեր տեսակի ենթաատոմային մասնիկներ: Օրինակ՝ պրոտոնները և նեյտրոնները՝ ատոմային միջուկի խոշոր մասնիկները, յուրաքանչյուրը բաղկացած է երեք քվարկներից։ Վերևի երկուսը և ներքևը կազմում են պրոտոն: Վերևի մեկ և երկու ստորինները կազմում են նեյտրոն: Քվարկի տեսակը փոխելը կարող է պրոտոնը վերածել նեյտրոնի՝ այդպիսով մի տարր վերածելով մյուսի։
Տարրական մասնիկների մեկ այլ տեսակ բոզոնն է: Այս մասնիկները փոխազդեցության կրիչներ են, որոնք բաղկացած են էներգիայի ճառագայթներից։ Ֆոտոնները բոզոնի մի տեսակ են, գլյուոնները՝ մեկ այլ տեսակ։ Այս չորս ուժերից յուրաքանչյուրը փոխազդեցության կրիչների փոխանակման արդյունք է: Ուժեղ փոխազդեցությունն իրականացնում է գլյուոնը, իսկ էլեկտրամագնիսականը՝ ֆոտոնը։ Գրավիտոնը տեսականորեն գրավիտացիայի կրողն է, բայց այն չի գտնվել։
W- և Z-բոզոններ
Թույլ փոխազդեցությունը իրականացվում է W- և Z- բոզոնների միջոցով: Այս մասնիկները կանխագուշակել են Նոբելյան մրցանակակիրներ Սթիվեն Վայնբերգը, Շելդոն Սալամը և Աբդուս Գլեշոուն 1960-ականներին և հայտնաբերել 1983 թվականին Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական կազմակերպությունում՝ CERN-ում:
W-բոզոնները էլեկտրական լիցքավորված են և նշվում են W+ (դրական լիցքավորված) և W- (բացասական լիցքավորված) նշաններով:. W-boson-ը փոխում է մասնիկների կազմը։ Արտանետելով էլեկտրական լիցքավորված W բոզոն՝ թույլ ուժը փոխում է քվարկի տեսակը՝ առաջացնելով պրոտոն։նեյտրոնի մեջ կամ հակառակը: Ահա թե ինչն է առաջացնում միջուկային միաձուլում և աստղերի այրման պատճառ:
Այս ռեակցիան ստեղծում է ավելի ծանր տարրեր, որոնք ի վերջո տիեզերք են նետվում գերնոր աստղերի պայթյունների արդյունքում՝ դառնալով մոլորակների, բույսերի, մարդկանց և Երկրի վրա մնացած ամեն ինչի կառուցողական նյութը:
Չեզոք հոսանք
Z-բոզոնը չեզոք է և կրում է թույլ չեզոք հոսանք: Դրա փոխազդեցությունը մասնիկների հետ դժվար է հայտնաբերել։ 1960-ականներին W- և Z-բոզոնների փորձարարական որոնումները գիտնականներին հանգեցրին մի տեսության, որը միավորում է էլեկտրամագնիսական և թույլ ուժերը մեկ «էլեկտրոթույլ» մեջ: Այնուամենայնիվ, տեսությունը պահանջում էր, որ կրող մասնիկները լինեն անկշիռ, և գիտնականները գիտեին, որ տեսականորեն W բոզոնը պետք է ծանր լինի՝ բացատրելու համար իր կարճ տիրույթը: Տեսաբանները W զանգվածը վերագրում են անտեսանելի մեխանիզմին, որը կոչվում է Հիգսի մեխանիզմ, որն ապահովում է Հիգսի բոզոնի գոյությունը։
2012 թվականին CERN-ը հայտնեց, որ գիտնականները, օգտագործելով աշխարհի ամենամեծ արագացուցիչը՝ Մեծ հադրոնային կոլայդերը, նկատել են նոր մասնիկ, որը «համապատասխանում է Հիգսի բոզոնին»::
Բետա քայքայում
Թույլ փոխազդեցությունը դրսևորվում է β-քայքայման գործընթացում, երբ պրոտոնը վերածվում է նեյտրոնի և հակառակը: Դա տեղի է ունենում, երբ չափից շատ նեյտրոններով կամ պրոտոններով միջուկում դրանցից մեկը փոխարկվում է մյուսի:
Բետա քայքայումը կարող է առաջանալ երկու եղանակներից մեկով.
- Մինուս-բետա քայքայմամբ, երբեմն գրվում է որպեսβ− - քայքայում, նեյտրոնը բաժանվում է պրոտոնի, հականեյտրինոյի և էլեկտրոնի:
- Թույլ փոխազդեցությունը դրսևորվում է ատոմային միջուկների քայքայման մեջ, երբեմն գրվում է որպես β+-քայքայում, երբ պրոտոնը բաժանվում է նեյտրոնի, նեյտրինոյի և պոզիտրոնի:
Տարրերից մեկը կարող է վերածվել մյուսի, երբ նրա նեյտրոններից մեկն ինքնաբերաբար վերածվում է պրոտոնի մինուս-բետա քայքայման միջոցով, կամ երբ նրա պրոտոններից մեկն ինքնաբերաբար վերածվում է նեյտրոնի β+-ի միջոցով:-քայքայում.
Կրկնակի բետա քայքայումը տեղի է ունենում, երբ միջուկում 2 պրոտոնները միաժամանակ փոխակերպվում են 2 նեյտրոնի կամ հակառակը, ինչի արդյունքում արտանետվում է 2 էլեկտրոն-հակինեյտրինո և 2 բետա մասնիկ: Հիպոթետիկ առանց նեյտրինոների կրկնակի բետա քայքայման դեպքում նեյտրինոները չեն արտադրվում։
Էլեկտրոնային նկարահանում
Պրոտոնը կարող է վերածվել նեյտրոնի գործընթացի, որը կոչվում է էլեկտրոնի գրավում կամ K-կալում: Երբ միջուկն ունի նեյտրոնների քանակի համեմատ պրոտոնների ավելցուկային քանակ, էլեկտրոնը, որպես կանոն, ներքին էլեկտրոնային թաղանթից կարծես ընկնում է միջուկ: Ուղեծրի էլեկտրոնը գրավում է մայր միջուկը, որի արգասիքներն են դուստր միջուկը և նեյտրինոն։ Ստացված դուստր միջուկի ատոմային թիվը նվազում է 1-ով, սակայն պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թիվը մնում է նույնը։
Ֆյուզիոն ռեակցիա
Թույլ ուժը ներգրավված է միջուկային միաձուլման մեջ, ռեակցիան, որը սնուցում է արևը և միաձուլման (ջրածնային) ռումբերը:
Ջրածնի միաձուլման առաջին քայլը երկուսի բախումն էպրոտոններ, որոնք ունեն բավարար ուժ՝ հաղթահարելու փոխադարձ վանումը, որը նրանք զգում են իրենց էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության շնորհիվ:
Եթե երկու մասնիկները տեղադրվեն միմյանց մոտ, ուժեղ փոխազդեցությունը կարող է կապել դրանք: Սա ստեղծում է հելիումի անկայուն ձև (2He), որն ունի երկու պրոտոններով միջուկ, ի տարբերություն կայուն ձևի (4He), որն ունի երկու նեյտրոն և երկու պրոտոն։
Հաջորդ քայլը թույլ փոխազդեցությունն է: Պրոտոնների ավելցուկի պատճառով դրանցից մեկը ենթարկվում է բետա քայքայման։ Դրանից հետո այլ ռեակցիաները, ներառյալ միջանկյալ ձևավորումը և միաձուլումը 3Նա, ի վերջո ձևավորում են կայուն 4Նա:
