物理学における弱い相互作用は何ですか？

弱い相互作用は、宇宙のすべての物質を支配する4つの基本的な力の1つです。 他の3つは重力、電磁気、 強い相互作用です。 他の勢力は物事をまとめる一方、弱い勢力は破壊に大きな役割を果たします。

弱い相互作用は重力より強いが、非常に小さい距離でのみ有効である。 この力は亜原子レベルで作用し、星のエネルギーを提供し、要素を創造する上で決定的な役割を果たす。 それはまた、宇宙の自然放射線の大部分を担っています。

フェルミ理論

1933年にイタリアの物理学者Enrico Fermiはベータ崩壊を説明する理論を開発しました。これは、中性子を陽子に変換し、この文脈でしばしばベータ粒子と呼ばれる電子を置き換えるプロセスです。 彼は新しいタイプの力、いわゆる弱相互作用を定義した。弱い相互作用は崩壊、中性子から陽子、ニュートリノおよび電子への変換の基本的過程であり、その後抗ニュートリノとして定義された。

フェルミはもともと距離とグリップがゼロであると仮定していました。 2つの粒子が接触しなければならなかったので、力が働いた。 それ以来、弱い相互作用は実際にプロトン直径の0.1％に等しい極めて短い距離で現れる引力であることが分かっている。

電気強度

放射能崩壊では、 弱い力は電磁気力に比べて約10万倍小さい。 それにもかかわらず、それは現在、それが内部的に電磁波と等しいことが知られており、これらの明らかに異なる2つの現象は、単一の電気力の発現を表すと考えられている。 これは、100GeVを超えるエネルギーで結合するという事実によって確認される。

時々、弱い相互作用が分子の減衰に現れると言われています。 しかしながら、分子間力は静電的性質を有する。 彼らはファンデルワールスによって発見され、彼の名前を冠した。

標準モデル

物理学における弱い相互作用は、エレガントな方程式を使って物質の基本構造を記述する基本粒子の理論である標準モデルの一部です。 このモデルによれば、 小粒子、 すなわち、より小さな部分に分割できないものは、宇宙の構成単位である。

そのような粒子の1つはクォークです。 科学者は、何かの存在が少ないとは期待していないが、まだ見ている。 クォークには6種類あります。 私たちはそれらを質量の増加の順に置く：

• 上;
• 低く;
• 奇妙な;
• 魅惑的な;
• 愛らしい;
• 真実。

種々の組み合わせにおいて、それらは種々の異なるタイプの亜原子粒子を形成する。 例えば、陽子と中性子 - 原子核の 大きな粒子 - はそれぞれ3つのクォークから成っています。 上部と下部の2つは陽子を構成する。 上部と下部は中性子を形成する。 クォークのグレードを変えることで、陽子を中性子に変えることができ、それによって元素を別の元素に変換することができます。

別のタイプの基本粒子はボゾンである。 これらの粒子は エネルギー ビームからなる相互作用のキャリアである 。 光子 はボソンの1つのタイプであり、グルーオンは別のタイプです。 これらの4つの力のそれぞれは、相互作用のベクトルの交換の結果である。 強い相互作用はグルーオンによって行われ、電磁相互作用は光子によって行われる。 Gravitonは理論的には重力の隊列ですが、それは見つかりませんでした。

WおよびZボソン

弱い相互作用はWおよびZボソンによって運ばれる。 これらの粒子は、前世紀の60年代にノーベル賞受賞者のスティーブン・ワインバーグ、シェルドン・サラム（Sheldon Salam）、アブダス・グルーヴォー（Abdus Gleshaw）によって予測され、1983年に欧州原子力研究機関CERNによって発見された。

Wボゾンは電荷を帯びており、記号W ⁺ （正に帯電している）およびW-（負に帯電している）で示されている。 Wボゾンは粒子の組成を変化させる。 帯電したWボゾンを放出することによって、弱い力がクォークグレードを変化させ、プロトンを中性子に変換するか、またはその逆になる。 これが 核融合 を引き起こし、星を燃やすのです。

この反応は、超新星爆発によって宇宙、惑星、人間、そして地球上のすべてのものの建築材料になるために最終的に宇宙に投げられる重い元素を作り出します。

ニュートラル電流

Zボゾンはニュートラルであり、中性電流が弱い。 粒子とのその相互作用は検出することが困難である。 1960年代のWボルソンとZボソンの実験的な検索は、電磁気と弱い力を単一の電気力学に組み合わせた理論につながった。 しかし、この理論は担体粒子が無重力であることを必要とし、科学者は理論的にW-ボソンがその短い範囲を説明するには重くなければならないことを知っていた。 理論家は、Wの質量を、ヒッグスボゾンの存在を提供するヒッグスメカニズムと呼ばれる目に見えないメカニズムに帰しました。

2012年、CERNは、世界最大の加速器、大型ハドロンコライダーを使用している科学者が、「ヒッグスボゾンに対応する」新しい粒子を観測したと報告しています。

ベータ崩壊

弱い相互作用は、β崩壊（プロトンが中性子に変換され、逆もまた同様）に現れる。 それは、中性子や陽子が多すぎる核では、一方が他方に変換されたときに発生します。

ベータの減衰は、次の2つの方法のいずれかで実行できます。

1. マイナスβ崩壊の場合、β崩壊と書かれることもあるが、中性子は陽子、抗ニュートリノ、電子に分裂する。
2. 弱い相互作用は、プロトンが中性子、ニュートリノ、および陽電子に分割されるとき、ときにβ ⁺崩壊と書かれる、原子核の減衰において現れます。

元素のうちの1つは、その中性子の1つがマイナスのβ崩壊によって自発的にプロトンに変わるとき、またはその陽子の1つが自発的にβ ⁺崩壊を介して中性子に変わるときに、別の元素に変わることができる。

二重ベータ崩壊は、核中の2個の陽子が同時に2個の中性子に変換されるか、またはその逆になると起こり、その結果2個の電子 - 抗ニュートリノと2個のベータ粒子が放出される。 仮説的ニュートリノレス二重ベータ崩壊では、ニュートリノは形成されない。

電子捕獲

陽子は、電子捕獲またはK捕獲と呼ばれるプロセスによって中性子に変わる可能性があります。 中性子の数に関して核内に過剰な数の陽子が存在すると、電子は一般に内部電子殻から核に落ちる。 軌道の電子は母核に捕獲され、その産物は娘核とニュートリノである。 得られた娘核の原子番号は1だけ減少するが、プロトンと中性子の総数は同じままである。

熱核反応

弱い相互作用は、核合成に関与します。これは、太陽と核（水素）爆弾にエネルギーを供給する反応です。

水素の融合の第一段階は、電磁相互作用のために、それらが経験する相互反発を克服するのに十分な力で2つの陽子が衝突することです。

両方の粒子が互いに接近して配置されると、強い相互作用がそれらを束縛することができる。 これは、2つの中性子と2つの陽子を有する安定な形態（ ⁴ He）とは対照的に、2つの陽子を有する核を有する不安定な形態のヘリウム（ ² He）を生成する。

次の段階では、弱い対話がゲームに入ります。 陽子が過剰に存在するため、一方はベータ崩壊を起こす。 この後、 ³ Heの中間体形成および融合を含む他の反応は、最終的に安定な⁴ Heを形成する。