Schwache Wechselwirkung (hat häufig die schwache Kraft oder manchmal die schwache Kernkraft genannt), ist eine der vier grundsätzlichen Kräfte der Natur, neben der starken Kernkraft, dem Elektromagnetismus und dem Ernst. Es ist für den radioaktiven Zerfall von subatomaren Partikeln verantwortlich und beginnt den Prozess, der als Wasserstofffusion in Sternen bekannt ist. Schwache Wechselwirkungen betreffen alle bekannter fermions; d. h. Partikeln, deren Drehung (ein Eigentum aller Partikeln) eine halbganze Zahl ist.

Im Standardmodell der Partikel-Physik wird die schwache Wechselwirkung als theoretisiert, durch den Austausch (d. h., Emission oder Absorption) von W und Z bosons verursacht werden; als solcher, wie man betrachtet, ist es eine Nichtkontakt-Kraft. Die am besten bekannte Wirkung dieser Emission ist Beta-Zerfall, eine Form der Radioaktivität. Der Z und W bosons sind viel schwerer als Protone oder Neutronen, und es ist die Last, die für die sehr kurze Reihe der schwachen Wechselwirkung verantwortlich ist. Es wird schwach genannt, weil seine typische Feldkraft mehrere Größenordnungen weniger ist als dieser sowohl des Elektromagnetismus als auch der starken Kernkraft. Die meisten Partikeln werden durch eine schwache Wechselwirkung mit der Zeit verfallen. Es hat ein einzigartiges Eigentum - nämlich das Quark-Geschmack-Ändern - der in keiner anderen Wechselwirkung vorkommt. Außerdem bricht es auch Paritätssymmetrie und BEDIENUNGSFELD-SYMMETRIE. Das Quark-Geschmack-Ändern berücksichtigt Quarke, um ihren 'Geschmack', einen sechs, für einen anderen zu tauschen.

Die schwache Kraft, wurde in den 1930er Jahren, durch die Theorie von Fermi eines Kontakts vier-fermion Wechselwirkung ursprünglich beschrieben: Der, eine Kraft ohne Reihe (d. h., völlig abhängig vom physischen Kontakt) sagen soll. Jedoch wird es jetzt am besten als ein Feld beschrieben, Reihe, obgleich eine sehr kurze Reihe habend. 1968 wurden die elektromagnetische Kraft und die schwache Wechselwirkung vereinigt, als, wie man zeigte, sie zwei Aspekte einer einzelnen Kraft waren, jetzt hat die electro-schwache Kraft genannt. Die Theorie der schwachen Wechselwirkung kann Quant Flavordynamics (QFD), in der Analogie mit den Begriffen QCD und QED genannt werden, aber in der Praxis wird der Begriff selten gebraucht, weil die schwache Kraft am besten in Bezug auf die electro-schwache Theorie (EWT) verstanden wird.

Schwache Wechselwirkungen sind am meisten bemerkenswert, wenn Partikeln Beta-Zerfall, und in der Produktion von schwerem Wasserstoff und dann Helium von Wasserstoff erleben, der den thermonuklearen Prozess der Sonne antreibt. Solcher Zerfall macht auch radiocarbon Datierung möglich, als Kohlenstoff 14 Zerfall durch die schwache Wechselwirkung zum Stickstoff 14. Es kann auch radioluminescence schaffen, der allgemein in der Tritium-Beleuchtung, und im zusammenhängenden Feld von betavoltaics verwendet ist.

Eigenschaften

Die schwache Wechselwirkung ist in mehrerer Hinsicht einzigartig:

1. Es ist die einzige Wechselwirkung, die dazu fähig ist, den Geschmack nach Quarken (d. h., davon zu ändern, einen Typ des Quarks in einen anderen zu ändern).
2. Es ist die einzige Wechselwirkung, die P oder Paritätssymmetrie verletzt. Es ist auch das einzige, das BEDIENUNGSFELD-Symmetrie verletzt.
3. Es wird durch Transportunternehmen-Partikeln fortgepflanzt, die bedeutende Massen (Partikeln genannt Maß bosons), eine ungewöhnliche Eigenschaft haben, die im Standardmodell durch den Mechanismus von Higgs erklärt wird.

Wegen ihrer großen Masse (etwa 90 GeV/c) sind diese Transportunternehmen-Partikeln, genannt der W und Z bosons, kurzlebig: Sie haben eine Lebenszeit unter 1×10 Sekunden. Die schwache Wechselwirkung hat eine Kopplungskonstante (ein Hinweis der Wechselwirkungskraft) zwischen 10 und 10, im Vergleich zur Kopplungskonstante der starken Wechselwirkung von ungefähr 1 und der elektromagnetischen Kopplungskonstante von ungefähr 10; folglich ist die schwache Wechselwirkung in Bezug auf die Kraft schwach. Die schwache Wechselwirkung hat eine sehr kurze Reihe (ungefähr 10-10 m). In Entfernungen ungefähr 10 Meter hat die schwache Wechselwirkung eine Kraft eines ähnlichen Umfangs zur elektromagnetischen Kraft; aber in Entfernungen ungefähr 3×10 ist M die schwache Wechselwirkung 10,000mal schwächer als das elektromagnetische.

Die schwache Wechselwirkung betrifft den ganzen fermions des Standardmodells, sowie hypothetischen Higgs boson; neutrinos wirken durch den Ernst und die schwache Wechselwirkung nur aufeinander, und neutrinos waren der ursprüngliche Grund für den Namen schwache Kraft. Die schwache Wechselwirkung erzeugt gebundene Staaten nicht (noch sie schließt Bindungsenergie ein) - etwas, was Ernst auf einer astronomischen Skala tut, dass die elektromagnetische Kraft am Atomniveau tut, und dass die starke Kernkraft Innenkerne tut.

Seine erkennbarste Wirkung ist wegen seiner ersten einzigartigen Eigenschaft: das Geschmack-Ändern. Ein Neutron ist zum Beispiel schwerer als ein Proton (sein Schwester-Nukleon), aber es kann in ein Proton nicht verfallen, ohne den Geschmack (Typ) von einem seiner zwei unten Quarke zu zu ändern. Weder die starke Wechselwirkung noch das Elektromagnetismus-Erlaubnis-Geschmack-Ändern, so muss das durch den schwachen Zerfall weitergehen; ohne schwachen Zerfall würden Quark-Eigenschaften wie Eigenartigkeit und Charme (vereinigt mit den Quarken desselben Namens) auch über alle Wechselwirkungen erhalten. Alle Mesonen sind wegen des schwachen Zerfalls nicht stabil. Im Prozess, der als Beta-Zerfall unten bekannt ist, kann sich das Quark im Neutron in Quark durch das Ausstrahlen eines virtuellen boson ändern, der dann in ein Elektron und ein Elektronantineutrino umgewandelt wird.

Wegen der großen Masse eines boson ist schwacher Zerfall viel unwahrscheinlicher als starker oder elektromagnetischer Zerfall, und kommt folglich weniger schnell vor. Zum Beispiel hat ein neutraler pion (der elektromagnetisch verfällt) ein Leben von ungefähr 10 Sekunden, während ein schwach beladener pion (der durch die schwache Wechselwirkung verfällt), Leben ungefähr 10 Sekunden, ein hundert Millionen Male längerer. Im Gegensatz, ein freies Neutron (der auch durch die schwache Wechselwirkung verfällt), Leben ungefähr 15 Minuten.

Schwacher isospin und schwache Hyperanklage

Schwacher isospin (T) ist ein Eigentum (Quantenzahl) aller Partikeln, die regiert, wie Partikeln in der schwachen Wechselwirkung aufeinander wirken. Schwacher isospin ist zur schwachen Wechselwirkung, was elektrische Anklage zum Elektromagnetismus ist, und was Farbenanklage zur starken Wechselwirkung ist. Elementare Partikeln, die fermions sind, haben schwache isospin Werte von ±. Zum Beispiel haben-Typ-Quarke (u, c, t) T = + und verwandeln sich immer zu Unten-Typ-Quarken (d, s, b), die T = , und umgekehrt haben. Andererseits verfällt ein Quark nie schwach in ein Quark desselben T. Wie mit der elektrischen Anklage der Fall ist, sind diese zwei möglichen Werte abgesehen vom Zeichen gleich. Bosons haben schwachen isospin ±1, oder 0.

Schwacher isospin wird erhalten: Die Summe der schwachen isospin Zahlen der Partikeln, die über eine Reaktion herrschen, kommt der Summe der schwachen isospin Zahlen der Partikeln gleich, die in diese Reaktion eingehen. Zum Beispiel, (linkshändig), mit einem schwachen isospin 1 normalerweise Zerfall in (+1/2) und (als ein rechtshändiges Antiteilchen, +1/2).

Im Anschluss an die Entwicklung der electroweak Theorie wurde ein anderes Eigentum, schwache Hyperanklage, entwickelt. Es ist von einer elektrischen Anklage einer Partikel und schwachem isospin abhängig, und wird als definiert:

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wo Y die schwache Hyperanklage eines gegebenen Typs der Partikel ist, ist Q seine elektrische Anklage (in elementaren Anklage-Einheiten), und T ist sein schwacher isospin. Wohingegen einige Partikeln einen schwachen isospin der Null haben, haben alle Partikeln schwache Nichtnullhyperanklage. Schwache Hyperanklage ist der Generator des U (1) Bestandteil der Electroweak-Maß-Gruppe.

Übertretung der Symmetrie

Wie man

lange dachte, sind die Naturgesetze dasselbe unter dem Spiegelnachdenken, der Umkehrung aller Raumäxte geblieben. Wie man erwartete, waren die Ergebnisse eines über einen Spiegel angesehenen Experimentes zu den Ergebnissen einer spiegelwiderspiegelten Kopie des experimentellen Apparats identisch. Wie man bekannt, wurde dieses so genannte Gesetz der Paritätsbewahrung durch die klassische Schwerkraft, den Elektromagnetismus und die starke Wechselwirkung respektiert; wie man annahm, war es ein universales Gesetz. Jedoch Mitte der 1950er Jahre haben Chen Ning Yang und Tsung-Dao Lee vorgeschlagen, dass die schwache Wechselwirkung dieses Gesetz verletzen könnte. Chien Shiung Wu und Mitarbeiter 1957 haben entdeckt, dass die schwache Wechselwirkung Gleichheit verletzt, Yang und Lee der 1957-Nobelpreis in der Physik verdienend.

Obwohl die schwache Wechselwirkung gepflegt hat, durch die Theorie von Fermi beschrieben zu werden, hat die Entdeckung der Paritätsübertretung und Wiedernormalisierungstheorie darauf hingewiesen, dass eine neue Annäherung erforderlich war. 1957 haben Robert Marshak und George Sudarshan und, etwas später, Richard Feynman und Murray Gell-Mann einen VA (Vektor minus der axiale Vektor oder linkshändig) Lagrangian für schwache Wechselwirkungen vorgeschlagen. In dieser Theorie handelt die schwache Wechselwirkung nur auf linkshändigen Partikeln (und rechtshändige Antiteilchen). Da das Spiegelnachdenken einer linkshändigen Partikel rechtshändig ist, erklärt das die maximale Übertretung der Gleichheit. Interessanterweise wurde die VA Theorie vor der Entdeckung des Z boson entwickelt, so hat es die rechtshändigen Felder nicht eingeschlossen, die in der neutralen aktuellen Wechselwirkung hereingehen.

Jedoch hat diese Theorie einem zusammengesetzten Symmetrie-BEDIENUNGSFELD erlaubt, erhalten zu werden. BEDIENUNGSFELD verbindet Gleichheit P (Schaltung verlassen zum Recht) mit der Anklage-Konjugation C (umschaltende Partikeln mit Antiteilchen). Physiker waren wieder überrascht, als 1964 James Cronin und Val Fitch klare Beweise im Kaon-Zerfall zur Verfügung gestellt haben, dass BEDIENUNGSFELD-Symmetrie auch gebrochen werden konnte, sie der 1980-Nobelpreis in der Physik gewinnend. 1973 haben Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa gezeigt, dass die BEDIENUNGSFELD-Übertretung in der schwachen Wechselwirkung mehr als zwei Generationen von Partikeln verlangt hat, effektiv die Existenz einer dann unbekannten dritten Generation voraussagend. Diese Entdeckung hat sie Hälfte des 2008-Nobelpreises in der Physik verdient. Verschieden von der Paritätsübertretung kommt BEDIENUNGSFELD-Übertretung in nur einer kleinen Zahl von Beispielen vor, aber bleibt weit gehalten als eine Antwort auf den Unterschied zwischen dem Betrag der Sache und der Antimaterie im Weltall; es bildet so eine von drei Bedingungen von Andrei Sakharov für baryogenesis.

Wechselwirkungstypen

Es gibt zwei Typen der schwachen Wechselwirkung (genannt Scheitelpunkte). Der erste Typ wird die "beladene aktuelle Wechselwirkung" genannt, weil es durch Partikeln vermittelt wird, die eine elektrische Anklage (oder bosons) tragen, und für das Beta-Zerfall-Phänomen verantwortlich ist. Der zweite Typ wird die "neutrale aktuelle Wechselwirkung" genannt, weil es durch eine neutrale Partikel, der Z boson vermittelt wird.

Beladene aktuelle Wechselwirkung

In einem Typ der beladenen aktuellen Wechselwirkung kann ein beladener lepton (wie ein Elektron oder ein muon, eine Anklage 1 habend), einen boson (eine Partikel mit einer Anklage +1) absorbieren und in ein entsprechendes Neutrino dadurch umgewandelt werden (mit einer Anklage 0), wo der Typ ("Familie") des Neutrinos (Elektron, muon oder tau) dasselbe als der Typ von lepton in der Wechselwirkung zum Beispiel ist:

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Ähnlich kann ein Unten-Typ-Quark (d mit einer Anklage von ) in ein-Typ-Quark (u, mit einer Anklage +), durch das Ausstrahlen eines boson oder durch das Aufsaugen eines boson umgewandelt werden. Genauer wird das Unten-Typ-Quark eine Quant-Überlagerung von-Typ-Quarken: Das heißt, hat es eine Möglichkeit, irgendwelche der drei-Typ-Quarke mit den in den CKM Matrixtischen gegebenen Wahrscheinlichkeiten zu werden. Umgekehrt kann ein-Typ-Quark einen boson ausstrahlen - oder einen boson absorbieren - und dadurch in ein Unten-Typ-Quark zum Beispiel umgewandelt werden:

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Der W boson ist nicht stabil so wird mit einer sehr kurzen Lebenszeit schnell verfallen. Zum Beispiel:

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Der Zerfall des W boson zu anderen Produkten kann mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten geschehen.

Im so genannten Beta-Zerfall eines Neutrons (sieh Bild, oben), unten strahlt das Quark innerhalb des Neutrons einen virtuellen boson aus und wird in Quark dadurch umgewandelt, das Neutron in ein Proton umwandelnd. Wegen der Energie, die am Prozess (d. h., der Massenunterschied zwischen unten Quark und Quark) beteiligt ist, kann der boson nur in ein Elektron und ein Elektronantineutrino umgewandelt werden. Am Quark-Niveau kann der Prozess als vertreten werden:

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Neutrale aktuelle Wechselwirkung

In neutralen aktuellen Wechselwirkungen, einem Quark oder einem lepton (z.B, ein Elektron oder ein muon) strahlt aus oder absorbiert einen neutralen Z boson. Zum Beispiel:

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Wie der W boson verfällt der Z boson auch schnell zum Beispiel:

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Theorie von Electroweak

Das Standardmodell der Partikel-Physik beschreibt die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung als zwei verschiedene Aspekte einer einzelnen electroweak Wechselwirkung, deren Theorie 1968 von Sheldon Glashow, Abdus Salam und Steven Weinberg entwickelt wurde. Sie wurden dem 1979-Nobelpreis in der Physik für ihre Arbeit zuerkannt. Der Higgs Mechanismus stellt eine Erklärung für die Anwesenheit drei massiven Maßes bosons (die drei Transportunternehmen der schwachen Wechselwirkung) und das massless Foton der elektromagnetischen Wechselwirkung zur Verfügung.

Gemäß der electroweak Theorie, an sehr hohen Energien, hat das Weltall vier Massless-Maß boson Felder, die dem Foton und einer komplizierten Skalarfelddublette von Higgs ähnlich sind. Jedoch, an niedrigen Energien, wird Maß-Symmetrie zum U (1) Symmetrie des Elektromagnetismus spontan gebrochen (eines der Felder von Higgs erwirbt einen Vakuumerwartungswert). Dieses Symmetrie-Brechen würde drei massless bosons erzeugen, aber sie integrieren durch drei einem Foton ähnliche Felder (durch den Mechanismus von Higgs) das Geben von ihnen Masse. Diese drei Felder werden, und Z bosons der schwachen Wechselwirkung, während das vierte Maß-Feld, das massless bleibt, das Foton des Elektromagnetismus ist.

Obwohl diese Theorie mehrere Vorhersagen, einschließlich einer Vorhersage der Massen des Z und W bosons gemacht hat, bevor ihre Entdeckung, Higgs boson selbst nie beobachtet worden ist. Das Produzieren von Higgs bosons ist eine Hauptabsicht des Großen Hadron Collider an CERN.

Siehe auch

• Weakless Weltall - das Postulat, dass schwache Wechselwirkungen nicht anthropically notwendiger sind

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