ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอเคฟิสิกส์ได้เคลื่อนตัวไปอย่างช้าๆ เพื่อระบุการมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ แรงที่อ่อนแอเป็นสาเหตุของการสลายตัวของอนุภาค ดังนั้นการปรากฏตัวของมันจึงต้องเผชิญกับการค้นพบกัมมันตภาพรังสีและการศึกษาการสลายตัวของเบต้า
การสลายตัวของเบต้าได้เปิดเผยคุณสมบัติที่แปลกประหลาดอย่างยิ่ง การวิจัยนำไปสู่ข้อสรุปว่าการสลายตัวนี้ดูเหมือนจะละเมิดกฎพื้นฐานประการหนึ่งของฟิสิกส์ - กฎการอนุรักษ์พลังงาน ดูเหมือนว่าพลังงานส่วนหนึ่งจะหายไปที่ไหนสักแห่ง เพื่อ "รักษา" กฎการอนุรักษ์พลังงาน W. Pauli แนะนำว่าในระหว่างการสลายตัวของบีตา อนุภาคอีกชิ้นจะลอยออกไปพร้อมกับอิเล็กตรอน และนำพลังงานที่หายไปไปด้วย มีความเป็นกลางและมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูงผิดปกติซึ่งส่งผลให้ไม่สามารถสังเกตได้ E. Fermi เรียกอนุภาคที่มองไม่เห็นว่า "นิวตริโน"
แต่การทำนายนิวตริโนเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของปัญหา นั่นคือการกำหนดสูตรของมัน จำเป็นต้องอธิบายธรรมชาติของนิวทริโน แต่ก็ยังมีความลึกลับอยู่มาก ความจริงก็คืออิเล็กตรอนและนิวตริโนถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสที่ไม่เสถียร แต่ได้รับการพิสูจน์อย่างปฏิเสธไม่ได้ว่าไม่มีอนุภาคดังกล่าวภายในนิวเคลียส เกี่ยวกับการเกิดขึ้นของพวกมัน แนะนำว่าอิเล็กตรอนและนิวตริโนไม่มีอยู่ในนิวเคลียสในรูปแบบ "สำเร็จรูป" แต่เกิดขึ้นจากพลังงานของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสี การศึกษาเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่านิวตรอนที่รวมอยู่ในนิวเคลียสถูกปล่อยทิ้งไว้ที่อุปกรณ์ของพวกมันเอง หลังจากนั้นไม่กี่นาทีก็สลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน เช่น แทนที่จะเป็นอนุภาคเดียว กลับมีอนุภาคใหม่สามอนุภาคปรากฏขึ้น การวิเคราะห์จึงสรุปได้ว่า กองกำลังที่รู้จักไม่อาจทำให้เกิดการแตกสลายดังกล่าวได้ เห็นได้ชัดว่ามันถูกสร้างขึ้นโดยพลังอื่นที่ไม่รู้จัก การวิจัยพบว่าแรงนี้สอดคล้องกับปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอบางอย่าง
ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นมีขนาดเล็กกว่าทั้งหมดอย่างมาก

อันตรกิริยาอื่นที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วง และในระบบที่มีอยู่ ผลกระทบของมันจะถูกบดบังด้วยอันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและอันรุนแรง นอกจากนี้ ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอยังแพร่กระจายไปในระยะทางที่น้อยมาก รัศมีของการโต้ตอบที่อ่อนแอนั้นเล็กมาก ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะหยุดที่ระยะห่างมากกว่า 10-16 ซม. จากแหล่งกำเนิด ดังนั้นจึงไม่สามารถส่งผลกระทบต่อวัตถุขนาดมหึมา แต่ถูกจำกัดอยู่เพียงพิภพเล็ก ๆ หรืออนุภาคย่อยของอะตอม เมื่อการค้นพบอนุภาคใต้นิวเคลียร์ที่ไม่เสถียรจำนวนมากเหมือนหิมะถล่ม พบว่าอนุภาคส่วนใหญ่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งสุดท้ายปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอย่างหนึ่งคือปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงซึ่งเป็นแหล่งพลังงานมหาศาล ตัวอย่างพลังงานที่ปล่อยออกมาจากอันตรกิริยาที่รุนแรงที่สุดโดยทั่วไปคือดวงอาทิตย์ ในส่วนลึกของดวงอาทิตย์และดวงดาว ปฏิกิริยาแสนสาหัสเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาที่รุนแรง แต่มนุษย์ก็ได้เรียนรู้ที่จะปลดปล่อยปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง: สร้างขึ้น ระเบิดไฮโดรเจนเทคโนโลยีปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมได้รับการออกแบบและปรับปรุง
ฟิสิกส์มาถึงแนวคิดเรื่องการมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างการศึกษาโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม แรงบางอย่างต้องยึดโปรตอนที่มีประจุบวกไว้ในนิวเคลียส เพื่อป้องกันไม่ให้โปรตอนลอยออกไปภายใต้อิทธิพลของแรงผลักไฟฟ้าสถิต แรงโน้มถ่วงอ่อนเกินไปที่จะให้สิ่งนี้ เห็นได้ชัดว่าจำเป็นต้องมีปฏิสัมพันธ์บางประเภท ยิ่งไปกว่านั้นยังแข็งแกร่งกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย ต่อมาก็ถูกค้นพบ ปรากฎว่าถึงแม้ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงจะเกินกว่าปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอื่น ๆ ทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ แต่ก็ไม่ได้รู้สึกนอกนิวเคลียส เช่นเดียวกับในกรณีของการโต้ตอบที่อ่อนแอ ขอบเขตของการกระทำ ความแข็งแกร่งใหม่กลายเป็นว่ามีขนาดเล็กมาก: ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นปรากฏในระยะทางที่กำหนดโดยขนาดของนิวเคลียสนั่นคือ ประมาณ 10-13 ซม. นอกจากนี้ปรากฎว่าไม่ใช่ว่าอนุภาคทั้งหมดจะมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ดังนั้นโปรตอนและนิวตรอนจึงประสบกับมัน แต่อิเล็กตรอน นิวตริโน และโฟตอนไม่อยู่ภายใต้มัน โดยปกติแล้วมีเพียงอนุภาคหนักเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยารุนแรง มีหน้าที่รับผิดชอบในการก่อตัวของนิวเคลียสและปฏิกิริยาหลายอย่างของอนุภาคมูลฐาน
คำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นยากต่อการพัฒนา ความก้าวหน้าเกิดขึ้นเฉพาะในช่วงต้นทศวรรษที่ 60 เมื่อมีการเสนอแบบจำลองควาร์ก ในทฤษฎีนี้ นิวตรอนและโปรตอนไม่ถือว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน แต่เป็นระบบประกอบที่สร้างขึ้นจากควาร์ก

ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงมีอยู่ระหว่างอนุภาคมูลฐานทั้งหมดและกำหนดแรงดึงดูดโน้มถ่วงของวัตถุทั้งหมดที่มีต่อกันในทุกระยะ (ดูกฎแรงโน้มถ่วงสากล) มันมีขนาดเล็กมากในกระบวนการทางกายภาพในพิภพเล็ก ๆ แต่มีบทบาทสำคัญในจักรวาล ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอปรากฏเฉพาะที่ระยะห่างประมาณ 10-18 เมตร และทำให้เกิดกระบวนการสลายตัว (เช่น การสลายบีตาของอนุภาคมูลฐานบางชนิดและ

นิวเคลียส) ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่ที่ระยะห่างระหว่างอนุภาคมูลฐานที่มีประจุไฟฟ้าหรือโมเมนต์แม่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นตัวกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียสในอะตอม และยังรับผิดชอบต่อรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภทอีกด้วย ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงจะปรากฏที่ระยะประมาณ 10-15 ม. และกำหนดการมีอยู่ของนิวเคลียสของอะตอม

แผนภาพไฟน์แมนของการสลายบีตาของนิวตรอนเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอนผ่านโบซอนตัวกลางเป็นหนึ่งในสี่ปฏิกิริยาทางกายภาพพื้นฐานระหว่างอนุภาคมูลฐาน ร่วมกับแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และแรง การสำแดงที่โด่งดังที่สุดของมันคือการสลายตัวของเบต้าและกัมมันตภาพรังสีที่เกี่ยวข้อง การโต้ตอบชื่อ อ่อนแอ,เนื่องจากความแรงของสนามที่สอดคล้องกับมันนั้นน้อยกว่าในสนามที่เก็บอนุภาคนิวเคลียร์ (นิวคลีออนและควาร์ก) ไว้ด้วยกัน 10 13 และน้อยกว่าคูลอมบ์ในระดับเหล่านี้ 10 10 แต่แข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงมาก ปฏิกิริยานี้มีช่วงสั้นและปรากฏเฉพาะในระยะห่างตามขนาดของนิวเคลียสของอะตอมเท่านั้น
ทฤษฎีแรกของปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนถูกเสนอโดยเอนรีโก เฟอร์มีในปี 1930 ในการพัฒนาทฤษฎีนี้ เขาใช้สมมติฐานของโวล์ฟกัง เพาลีเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคมูลฐานชนิดใหม่ นั่นคือนิวตริโนในขณะนั้น
ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแออธิบายถึงกระบวนการเหล่านั้นในฟิสิกส์นิวเคลียร์และอนุภาคที่เกิดขึ้นค่อนข้างช้า ตรงกันข้ามกับกระบวนการที่รวดเร็วที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ตัวอย่างเช่น ครึ่งชีวิตของนิวตรอนจะอยู่ที่ประมาณ 16 นาที – ความนิรันดร์เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการนิวเคลียร์ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือเวลา 10 -23 วินาที
เพื่อการเปรียบเทียบ ไพออนที่มีประจุ? ± สลายตัวเนื่องจากปฏิกิริยาที่อ่อนแอและมีอายุการใช้งาน 2.6033 ± 0.0005 x 10 -8 วินาที ในขณะที่ไพออนที่เป็นกลาง? 0 สลายตัวเป็นรังสีแกมมาสองรังสีผ่านปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า และมีอายุการใช้งาน 8.4 ± 0.6 x 10 -17 วินาที
ลักษณะเฉพาะของการมีปฏิสัมพันธ์อีกประการหนึ่งคือเส้นทางอิสระของอนุภาคในสาร อนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบผ่านปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น อนุภาคที่มีประจุ และแกมมาควอนต้า สามารถกักไว้ได้ด้วยแผ่นเหล็กที่มีความหนาหลายสิบเซนติเมตร ในขณะที่นิวตริโนซึ่งมีปฏิกิริยาเพียงน้อยนิดจะทะลุชั้นโลหะหนาหนึ่งพันล้านกิโลเมตรโดยไม่เคยชนกัน
ปฏิกิริยาที่อ่อนแอเกี่ยวข้องกับควาร์กและเลปตัน รวมถึงนิวทริโนด้วย ในกรณีนี้กลิ่นของอนุภาคเปลี่ยนไปเช่น ประเภทของพวกเขา ตัวอย่างเช่น ผลจากการสลายตัวของนิวตรอน d-ควาร์กตัวหนึ่งของมันก็กลายเป็นยู-ควาร์ก นิวตริโนมีเอกลักษณ์เฉพาะตรงที่พวกมันมีปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นผ่านปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงที่อ่อนหรืออ่อนกว่าเท่านั้น
ตามแนวคิดสมัยใหม่ซึ่งกำหนดไว้ในแบบจำลองมาตรฐาน ปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นดำเนินการโดยเกจ W- และ Z-bosons ซึ่งถูกค้นพบที่เครื่องเร่งความเร็วในปี 1982 มวลของพวกมันคือ 80 และ 90 เท่าของมวลโปรตอน การแลกเปลี่ยน W-boson เสมือนเรียกว่ากระแสประจุไฟฟ้า การแลกเปลี่ยน Z-bosons เรียกว่ากระแสเป็นกลาง
แผนภาพพีคส์ออฟไฟน์แมนอธิบาย กระบวนการที่เป็นไปได้ที่เกี่ยวข้องกับเกจ W- และ Z-bosons สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

เลปตันสามารถไวโปรมินิไนต์หรือดูดซับ W โบซอน และกลายเป็นนิวตริโน
ควาร์กสามารถไวโปรมินิตหรือดูดซับ W โบซอน และเปลี่ยนรสชาติของมัน กลายเป็นการซ้อนทับของควาร์กตัวอื่น
เลปตันหรือควาร์กสามารถดูดซับหรือเพิ่มความเข้มข้นของ Z-boson ได้

ความสามารถของอนุภาคต่อปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นอธิบายได้โดย หมายเลขควอนตัมซึ่งเรียกว่าไอโซสปินแบบอ่อน ค่าไอโซสปินที่เป็นไปได้สำหรับอนุภาคที่สามารถแลกเปลี่ยนโบซอน W และ Z คือ ± 1/2 อนุภาคเหล่านี้มีปฏิกิริยาโต้ตอบผ่านปฏิกิริยาที่อ่อนแอ อนุภาคที่มีค่าไอโซสปินอ่อนเป็นศูนย์ ซึ่งกระบวนการแลกเปลี่ยนโบซอน W และ Z เป็นไปไม่ได้ จะไม่เกิดปฏิกิริยาซึ่งกันและกันผ่านลัทธิซึ่งกันและกันแบบอ่อน ไอโซสปินที่อ่อนแอจะถูกสงวนไว้ในปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคมูลฐาน ซึ่งหมายความว่าไอโซสปินอ่อนรวมของอนุภาคทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยายังคงไม่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าประเภทของอนุภาคอาจเปลี่ยนแปลงก็ตาม
คุณลักษณะของการโต้ตอบที่อ่อนแอคือมันละเมิดความเท่าเทียมกันเนื่องจากมีเพียงเฟอร์มิออนที่มี chirality ทางซ้ายและปฏิปักษ์ของเฟอร์มิออนที่มี chirality ที่ถนัดขวาเท่านั้นที่มีความสามารถในการโต้ตอบอย่างอ่อนผ่านกระแสที่มีประจุ การไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันในปฏิกิริยาที่อ่อนแอถูกค้นพบโดย Yang Zhenning และ Li Zhengdao ซึ่งทั้งสองคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1957 สาเหตุของการไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันนั้นเห็นได้จากการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง ในแบบจำลองมาตรฐาน การทำลายแบบสมมาตรสอดคล้องกับอนุภาคสมมุติที่เรียกว่าฮิกส์โบซอน นี่เป็นอนุภาคเพียงอนุภาคเดียวของแบบจำลองธรรมดาที่ยังไม่ได้ถูกค้นพบโดยการทดลอง
หากมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ความสมมาตรของ CP ก็เสียหายเช่นกัน การละเมิดนี้ถูกค้นพบโดยการทดลองในปี พ.ศ. 2507 ในการทดลองกับคาออน ผู้เขียนการค้นพบนี้ ได้แก่ เจมส์ โครนิน และวาล ฟิทช์ ได้รับรางวัล รางวัลโนเบลสำหรับปี 1980 การไม่อนุรักษ์สมมาตรของ CP เกิดขึ้นน้อยกว่าการละเมิดความเท่าเทียมกันมาก นอกจากนี้ยังหมายถึง เนื่องจากการอนุรักษ์สมมาตร CPT ขึ้นอยู่กับหลักการทางกายภาพพื้นฐาน - การแปลงแบบ Lorentz และปฏิสัมพันธ์ในระยะสั้น ความเป็นไปได้ที่จะทำลาย T-symmetry เช่น ไม่คงที่ กระบวนการทางกายภาพโดยการเปลี่ยนทิศทางของเวลา

ในปีพ. ศ. 2512 ได้มีการสร้างทฤษฎีแบบรวมของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและนิวเคลียร์แบบอ่อนตามที่พลังงาน 100 GeV ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิ 10 15 K ความแตกต่างระหว่างกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าและกระบวนการที่อ่อนแอจะหายไป การตรวจสอบเชิงทดลองของทฤษฎีรวมของอิเล็กโตรแวคและปฏิสัมพันธ์ทางนิวเคลียร์ที่รุนแรงนั้นจำเป็นต้องเพิ่มพลังงานเครื่องเร่งถึงหนึ่งแสนล้านเท่า
ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กโทรอ่อนแอนั้นมีพื้นฐานมาจากกลุ่มสมมาตร SU (2)
ถึงอย่างไรก็ตาม จำนวนเล็กน้อยและในระยะเวลาสั้น ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอมีบทบาทสำคัญมากในธรรมชาติ หากเป็นไปได้ที่จะ "ปิด" ปฏิกิริยาที่อ่อนแอดวงอาทิตย์ก็จะดับลงเนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนโปรตอนเป็นนิวตรอนโพซิตรอนและนิวตริโนซึ่งเป็นผลมาจากโปรตอน 4 ตัวกลายเป็น 4 He สอง โพซิตรอนและนิวตริโนสองตัวจะเป็นไปไม่ได้ กระบวนการนี้ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักของดวงอาทิตย์และดวงดาวส่วนใหญ่ (ดูวัฏจักรไฮโดรเจน) กระบวนการอันตรกิริยาที่อ่อนแอมีความสำคัญต่อการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เนื่องจากพวกมันทำให้พลังงานของดาวฤกษ์ที่ร้อนมากสูญเสียไปในการระเบิดของซุปเปอร์โนวาพร้อมกับการก่อตัวของพัลซาร์ เป็นต้น หากไม่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอในธรรมชาติ มิวออน ไพมีซอน และอนุภาคอื่นๆ ก็จะเสถียรและแพร่หลายในสสารทั่วไป บทบาทที่สำคัญของการโต้ตอบที่อ่อนแอดังกล่าวเกิดจากการที่มันไม่ปฏิบัติตามข้อห้ามหลายประการที่มีลักษณะเฉพาะของการโต้ตอบที่รุนแรงและทางแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะเปลี่ยนเลปตันที่มีประจุให้เป็นนิวตริโน และควาร์กของรสชาติหนึ่งให้กลายเป็นควาร์กของอีกรสชาติหนึ่ง

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

อันตรกิริยานี้เป็นจุดอ่อนที่สุดของอันตรกิริยาพื้นฐานที่สังเกตได้จากการทดลองในการสลายตัวของอนุภาคมูลฐาน โดยที่ผลกระทบทางควอนตัมมีความสำคัญโดยพื้นฐาน ขอให้เราระลึกว่าไม่เคยมีการสังเกตปรากฏการณ์ควอนตัมของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงมาก่อน ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะแยกแยะได้โดยใช้กฎต่อไปนี้: หากอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่านิวตริโน (หรือแอนตินิวตริโน) มีส่วนร่วมในกระบวนการโต้ตอบ ปฏิกิริยานี้ก็จะอ่อนแอ

อันตรกิริยาที่อ่อนแอนั้นรุนแรงกว่าอันตรกิริยาโน้มถ่วงมาก

อันตรกิริยาที่อ่อนนั้นต่างจากอันตรกิริยาโน้มถ่วงคือเป็นอันตรกิริยาระยะสั้น ซึ่งหมายความว่าแรงอ่อนระหว่างอนุภาคจะมีผลเฉพาะเมื่ออนุภาคอยู่ใกล้กันมากพอเท่านั้น หากระยะห่างระหว่างอนุภาคเกินค่าหนึ่งที่เรียกว่ารัศมีลักษณะเฉพาะของการโต้ตอบ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะไม่ปรากฏให้เห็น ได้มีการทดลองแล้วว่ารัศมีลักษณะของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นอยู่ที่ประมาณ 10-15 ซม. นั่นคือปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นมีความเข้มข้นที่ระยะทาง ขนาดที่เล็กกว่านิวเคลียสของอะตอม

เหตุใดเราจึงสามารถพูดถึงปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอในฐานะปฏิสัมพันธ์พื้นฐานประเภทอิสระได้ คำตอบนั้นง่าย เป็นที่ยอมรับว่ามีกระบวนการเปลี่ยนรูปของอนุภาคมูลฐานซึ่งไม่ได้ลดลงเหลือเพียงปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และแรง ตัวอย่างที่ดีแสดงให้เห็นว่ามีสามอย่างในเชิงคุณภาพ ปฏิสัมพันธ์ต่างๆในปรากฏการณ์ทางนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับกัมมันตภาพรังสี การทดลองบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของทั้งสาม ประเภทต่างๆกัมมันตภาพรังสี: a-, b และ g-การสลายกัมมันตภาพรังสี ในกรณีนี้ a-decay เกิดจากปฏิกิริยารุนแรง g-decay เกิดจากปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า การสลายตัวของ b ที่เหลือไม่สามารถอธิบายได้ด้วยปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่รุนแรง และเราถูกบังคับให้ยอมรับว่ามีปฏิกิริยาพื้นฐานอีกประการหนึ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยาอ่อนแอ ในกรณีทั่วไป ความจำเป็นในการสร้างปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นเกิดจากการที่กระบวนการเกิดขึ้นในธรรมชาติ ซึ่งกฎหมายการอนุรักษ์ห้ามไม่ให้มีการสลายทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการสลายตัวที่รุนแรง

แม้ว่าปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะมีความเข้มข้นอย่างมากภายในนิวเคลียส แต่ก็มีอาการบางอย่างที่มองเห็นด้วยตาเปล่า ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว มันเกี่ยวข้องกับกระบวนการของกัมมันตภาพรังสีบี นอกจากนี้ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอยังมีบทบาทสำคัญในสิ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่รับผิดชอบกลไกการปล่อยพลังงานในดาวฤกษ์

คุณสมบัติที่น่าทึ่งที่สุดของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอคือการมีอยู่ของกระบวนการที่แสดงความไม่สมดุลของกระจก เมื่อมองแวบแรก ดูเหมือนว่าความแตกต่างระหว่างแนวคิดด้านซ้ายและขวานั้นขึ้นอยู่กับอำเภอใจ อันที่จริง กระบวนการของแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และอันตรกิริยาที่รุนแรงนั้นไม่แปรผันตามการผกผันเชิงพื้นที่ที่เกิดขึ้น ภาพสะท้อน- กล่าวกันว่าในกระบวนการดังกล่าว ความเท่าเทียมกันเชิงพื้นที่ P จะได้รับการอนุรักษ์ไว้ อย่างไรก็ตาม มีการทดลองพบว่ากระบวนการที่อ่อนแอสามารถดำเนินต่อไปได้โดยไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันเชิงพื้นที่ ดังนั้น ดูเหมือนว่าจะสัมผัสได้ถึงความแตกต่างระหว่างซ้ายและขวา ในปัจจุบัน มีหลักฐานเชิงทดลองที่ชัดเจนว่าการไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันในปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นเป็นสากลในธรรมชาติ มันแสดงออกไม่เพียงแต่ในการสลายตัวของอนุภาคมูลฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปรากฏการณ์ทางนิวเคลียร์และแม้แต่อะตอมด้วย ควรรับรู้ว่าความไม่สมมาตรของกระจกเป็นคุณสมบัติของธรรมชาติในระดับพื้นฐานที่สุด

วัตถุที่มีประจุทั้งหมด อนุภาคมูลฐานที่มีประจุทั้งหมดมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ในแง่นี้มันค่อนข้างเป็นสากล ทฤษฎีคลาสสิกของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าคือ Maxwellian Electrodynamics ประจุอิเล็กตรอน e ถือเป็นค่าคงที่ของการมีเพศสัมพันธ์

หากเราพิจารณาประจุสองจุด q1 และ q2 ที่เหลือ ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของพวกมันจะลดลงเป็นแรงไฟฟ้าสถิตที่ทราบ ซึ่งหมายความว่าปฏิสัมพันธ์นั้นเป็นระยะไกลและสลายไปอย่างช้าๆ เมื่อระยะห่างระหว่างประจุเพิ่มขึ้น อนุภาคที่มีประจุจะปล่อยโฟตอนออกมา ทำให้สถานะการเคลื่อนที่ของมันเปลี่ยนไป อีกอนุภาคหนึ่งดูดซับโฟตอนนี้และเปลี่ยนสถานะการเคลื่อนที่ด้วย เป็นผลให้อนุภาคดูเหมือนจะรับรู้ถึงการมีอยู่ของกันและกัน เป็นที่ทราบกันดีว่าประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณมิติ สะดวกในการแนะนำค่าคงที่คัปปลิ้งไร้มิติของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องใช้ค่าคงที่พื้นฐานและ c เป็นผลให้เรามาถึงค่าคงที่คัปปลิ้งไร้มิติต่อไปนี้ เรียกว่าค่าคงที่โครงสร้างละเอียดในฟิสิกส์อะตอม

จะเห็นได้ง่ายว่าค่าคงที่นี้เกินกว่าค่าคงที่ของปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงและปฏิกิริยาที่อ่อนแออย่างมีนัยสำคัญ

จากมุมมองสมัยใหม่ ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาแบบอ่อนแสดงถึงแง่มุมที่แตกต่างกันของปฏิกิริยาอิเล็กโทรอ่อนแอเพียงครั้งเดียว ทฤษฎีแบบครบวงจรของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ถูกสร้างขึ้น - ทฤษฎี Weinberg-Salam-Glashow ซึ่งอธิบายทุกแง่มุมของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอจากตำแหน่งที่เป็นหนึ่งเดียว เป็นไปได้หรือไม่ที่จะเข้าใจในระดับคุณภาพว่าการแบ่งปฏิสัมพันธ์ที่รวมกันออกเป็นปฏิสัมพันธ์ที่แยกจากกันและดูเหมือนเป็นอิสระเกิดขึ้นได้อย่างไร

ตราบใดที่พลังงานลักษณะเฉพาะยังมีน้อยเพียงพอ ปฏิกิริยาระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาอ่อนจะถูกแยกออกจากกันและไม่ส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน เมื่อพลังงานเพิ่มขึ้น อิทธิพลซึ่งกันและกันของพวกมันก็เริ่มต้นขึ้น และเมื่อมีพลังงานสูงพอสมควร ปฏิกิริยาเหล่านี้จะรวมเข้าเป็นปฏิกิริยาอิเล็กโทรนิกส์เดียว พลังงานรวมลักษณะเฉพาะประเมินตามขนาดเป็น 102 GeV (GeV ย่อมาจาก gigaelectron-volt, 1 GeV = 109 eV, 1 eV = 1.6 10-12 erg = 1.6 1,019 J) สำหรับการเปรียบเทียบ เราสังเกตว่าพลังงานลักษณะเฉพาะของอิเล็กตรอนในสถานะพื้นของอะตอมไฮโดรเจนคือประมาณ 10-8 GeV พลังงานยึดเหนี่ยวตามลักษณะเฉพาะของนิวเคลียสของอะตอมมีค่าประมาณ 10-2 GeV และพลังงานยึดเหนี่ยวตามลักษณะเฉพาะของของแข็ง ประมาณ 10-10 GeV ดังนั้นพลังงานลักษณะเฉพาะของการรวมกันของปฏิกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาแบบอ่อนจึงมีมหาศาลเมื่อเทียบกับพลังงานลักษณะเฉพาะในฟิสิกส์อะตอมและนิวเคลียร์ ด้วยเหตุนี้ ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่อ่อนแอจึงไม่แสดงสาระสำคัญเดียวในปรากฏการณ์ทางกายภาพทั่วไป

ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง

ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นรับผิดชอบต่อความเสถียรของนิวเคลียสของอะตอม เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมส่วนใหญ่ องค์ประกอบทางเคมีมีความเสถียรเป็นที่ชัดเจนว่าปฏิกิริยาที่ป้องกันไม่ให้เสื่อมสลายจะต้องค่อนข้างแรง เป็นที่ทราบกันดีว่านิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน เพื่อป้องกันไม่ให้โปรตอนที่มีประจุบวกกระเจิงไปในทิศทางต่างๆ จำเป็นต้องมีแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนที่มีประจุเกินแรงผลักไฟฟ้าสถิต มันเป็นปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งที่รับผิดชอบต่อพลังที่น่าดึงดูดเหล่านี้

คุณลักษณะเฉพาะของการโต้ตอบที่แข็งแกร่งคือความเป็นอิสระของประจุ แรงดึงดูดทางนิวเคลียร์ระหว่างโปรตอน ระหว่างนิวตรอน และระหว่างโปรตอนกับนิวตรอนโดยพื้นฐานแล้วจะเท่ากัน ตามมาว่าจากมุมมองของปฏิกิริยารุนแรง โปรตอนและนิวตรอนแยกไม่ออกและนิวคลีออนที่มีเทอมเดียวซึ่งก็คืออนุภาคนิวเคลียร์ก็ถูกใช้สำหรับพวกมัน

ดังนั้นเราจึงได้ตรวจสอบข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประการของธรรมชาติ การแสดงด้วยกล้องจุลทรรศน์และมหภาคของปฏิกิริยาเหล่านี้มีการอธิบายสั้น ๆ รูปภาพ ปรากฏการณ์ทางกายภาพซึ่งพวกเขามีบทบาทสำคัญ

ในปี พ.ศ. 2439 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Henri Becquerel ค้นพบกัมมันตภาพรังสีในยูเรเนียม นี่เป็นสัญญาณการทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับพลังแห่งธรรมชาติที่ไม่รู้จักมาก่อน - ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าแรงอ่อนอยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยหลายอย่าง เช่น มันเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่รองรับการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ

ปฏิกิริยานี้ชื่อ "อ่อนแอ" เกิดขึ้นเนื่องจากความเข้าใจผิด - ตัวอย่างเช่น สำหรับโปรตอนนั้นแข็งแกร่งกว่าปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงถึง 1,033 เท่า (ดูแรงโน้มถ่วง เอกภาพของธรรมชาตินี้) นี่เป็นปฏิกิริยาทำลายล้าง ซึ่งเป็นพลังเดียวในธรรมชาติที่ไม่ได้ยึดสสารไว้ด้วยกัน แต่เพียงทำลายมันเท่านั้น เราสามารถเรียกมันว่า "ไร้หลักการ" ได้เนื่องจากในการทำลายล้างนั้นไม่ได้คำนึงถึงหลักการของความเท่าเทียมกันเชิงพื้นที่และการพลิกกลับทางโลกซึ่งถูกสังเกตโดยกองกำลังอื่น

คุณสมบัติพื้นฐานของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอกลายเป็นที่รู้จักในช่วงทศวรรษที่ 1930 โดยส่วนใหญ่ต้องขอบคุณผลงานของนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี E. Fermi ปรากฎว่าแรงที่อ่อนแอมีช่วงการกระทำที่สั้นมาก ไม่เหมือนกับแรงโน้มถ่วงและแรงไฟฟ้า ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาดูเหมือนว่าไม่มีรัศมีของการกระทำเลย - การโต้ตอบเกิดขึ้นที่จุดหนึ่งในอวกาศและยิ่งกว่านั้นในทันที การโต้ตอบนี้เป็นเสมือน (เปิด เวลาอันสั้น) แปลงโปรตอนแต่ละตัวของนิวเคลียสเป็นนิวตรอน โพซิตรอนหนึ่งตัวเป็นโพซิตรอนและนิวตริโน และนิวตรอนแต่ละตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโน ในนิวเคลียสที่เสถียร (ดูนิวเคลียสของอะตอม) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ยังคงเป็นเสมือน เช่น การสร้างคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน หรือคู่โปรตอน-แอนติโปรตอนในสุญญากาศ

หากความแตกต่างของมวลของนิวเคลียสซึ่งมีประจุต่างกันมากเพียงพอ การเปลี่ยนแปลงเสมือนจริงเหล่านี้จะกลายเป็นจริง และนิวเคลียสเปลี่ยนประจุไป 1 โดยปล่อยอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโน (การสลายตัวของอิเล็กตรอน) หรือโพซิตรอนและนิวตริโน ( การสลายตัวของโพซิตรอน) นิวตรอนมีมวลเกินประมาณ 1 MeV ของมวลรวมของโปรตอนและอิเล็กตรอน ดังนั้นนิวตรอนอิสระจึงสลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโน โดยปล่อยพลังงานออกมาประมาณ 1 MeV อายุการใช้งานของนิวตรอนอิสระอยู่ที่ประมาณ 10 นาที แม้ว่าจะอยู่ในสถานะที่ถูกผูกไว้ เช่น ในดิวเทอรอนซึ่งประกอบด้วยนิวตรอนและโปรตอน อนุภาคเหล่านี้จะมีชีวิตอยู่อย่างไม่มีกำหนด

เหตุการณ์ที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับมิวออน (ดูเปปตัน) โดยสลายตัวเป็นอิเล็กตรอน นิวตริโน และแอนตินิวตริโน ก่อนที่จะสลายตัวมิวออนจะมีชีวิตประมาณ c ซึ่งน้อยกว่านิวตรอนมาก ทฤษฎีของแฟร์มีอธิบายเรื่องนี้ด้วยความแตกต่างของมวลของอนุภาคที่เกี่ยวข้อง ยิ่งพลังงานถูกปล่อยออกมาในช่วงการสลายตัวมากเท่าไรก็ยิ่งออกไปได้เร็วเท่านั้น การปลดปล่อยพลังงานระหว่างการสลายตัวจะอยู่ที่ประมาณ 100 MeV ซึ่งมากกว่าในระหว่างการสลายตัวของนิวตรอนประมาณ 100 เท่า อายุการใช้งานของอนุภาคจะแปรผกผันกับกำลังที่ห้าของพลังงานนี้

เมื่อมันปรากฏออกมาใน ทศวรรษที่ผ่านมาปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นไม่ใช่แบบท้องถิ่น กล่าวคือ มันไม่ได้เกิดขึ้นทันทีและไม่ใช่ ณ จุดหนึ่ง ตามทฤษฎีสมัยใหม่ ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะไม่ถูกส่งผ่านทันที แต่คู่อิเล็กตรอน-แอนตินิวตริโนเสมือนเกิดขึ้นหลังจากที่มิวออนแปลงร่างเป็นนิวตริโน และสิ่งนี้เกิดขึ้นที่ระยะเซนติเมตร ไม่ใช่ไม้บรรทัดแม้แต่ตัวเดียว แน่นอนว่า วัดระยะทางสั้นๆ ได้ เช่นเดียวกับที่ไม่มีนาฬิกาจับเวลาใดสามารถวัดช่วงเวลาเล็กๆ เช่นนี้ได้ เกือบทุกครั้งในฟิสิกส์สมัยใหม่ เราจะต้องพอใจกับข้อมูลทางอ้อม นักฟิสิกส์สร้างสมมติฐานต่างๆ เกี่ยวกับกลไกของกระบวนการ และทดสอบผลที่ตามมาทุกประเภทของสมมติฐานเหล่านี้ สมมติฐานเหล่านั้นที่ขัดแย้งกับการทดลองที่เชื่อถือได้อย่างน้อยหนึ่งรายการจะถูกละทิ้ง และการทดลองใหม่จะดำเนินการเพื่อทดสอบส่วนที่เหลือ ในกรณีของปฏิกิริยาอันอ่อนแรงนี้ จะดำเนินต่อไปประมาณ 40 ปี จนกระทั่งนักฟิสิกส์เชื่อว่าอันตรกิริยาแบบอ่อนนั้นถูกพาไปโดยอนุภาคมวลมหาศาล ซึ่งหนักกว่าโปรตอนถึง 100 เท่า อนุภาคเหล่านี้มีการหมุน 1 รอบ และเรียกว่าโบซอนเวกเตอร์ (ค้นพบในปี 1983 ที่ CERN สวิตเซอร์แลนด์ - ฝรั่งเศส)

มีโบซอนเวกเตอร์ที่มีประจุสองตัวและอีกอันที่เป็นกลาง (ไอคอนด้านบนตามปกติจะระบุประจุในหน่วยโปรตอน) โบซอนเวกเตอร์ที่มีประจุ "ทำงาน" ในการสลายตัวของนิวตรอนและมิวออน ระยะการสลายตัวของมิวออนแสดงไว้ในรูปที่ 1 (ด้านบนขวา) ภาพวาดดังกล่าวเรียกว่าแผนภาพไฟน์แมน ไม่เพียงแต่แสดงกระบวนการเท่านั้น แต่ยังช่วยในการคำนวณอีกด้วย นี่เป็นการจดชวเลขสำหรับสูตรความน่าจะเป็นของปฏิกิริยา มันถูกใช้ที่นี่เพื่อวัตถุประสงค์ในการอธิบายเท่านั้น

มิวออนจะกลายเป็นนิวทริโน โดยปล่อยโบซอนออกมา ซึ่งสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโน พลังงานที่ปล่อยออกมาไม่เพียงพอสำหรับการเกิดโบซอนที่แท้จริง ดังนั้นมันจึงเกิดขึ้นเสมือนในช่วงเวลาอันสั้นมาก ใน ในกรณีนี้นี่คือส ในช่วงเวลานี้ สนามที่สอดคล้องกับ -โบซอนไม่มีเวลาที่จะสร้างคลื่นหรือเป็นอนุภาคจริง (ดูสนามและอนุภาค) ก้อนสนามขนาดซม. ถูกสร้างขึ้น และหลังจาก c อิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโนก็ถือกำเนิดขึ้นมา

สำหรับการสลายนิวตรอน เป็นไปได้ที่จะวาดแผนภาพเดียวกัน แต่ที่นี่ มันจะทำให้เราเข้าใจผิดไปแล้ว ความจริงก็คือขนาดของนิวตรอนคือซม. ซึ่งมากกว่ารัศมีการกระทำของแรงอ่อนถึง 1,000 เท่า ดังนั้นแรงเหล่านี้จึงกระทำภายในนิวตรอนซึ่งเป็นที่ตั้งของควาร์ก ควาร์กนิวตรอนหนึ่งในสามควาร์กปล่อยโบซอนออกมา และเปลี่ยนเป็นควาร์กอีกตัวหนึ่ง ประจุของควาร์กในนิวตรอนคือ -1/3, - 1/3 ดังนั้นหนึ่งในสองควาร์กที่มีประจุลบ -1/3 จะกลายเป็นควาร์กที่มีประจุบวก ผลลัพธ์จะเป็นควาร์กที่มีประจุ - 1/3, 2/3, 2/3 ซึ่งรวมกันเป็นโปรตอน ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา - อิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโน - บินออกจากโปรตอนอย่างอิสระ แต่เป็นควาร์กที่ปล่อยโบซอนออกมา เตะแล้วเริ่มเคลื่อนตัวไปในทิศทางตรงกันข้าม ทำไมเขาไม่บินออกไป?

มันถูกจัดขึ้นร่วมกันโดยการมีปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ปฏิสัมพันธ์นี้จะนำพาควาร์กไปพร้อมกับสหายอีกสองตัวที่แยกจากกันไม่ได้ ส่งผลให้โปรตอนเคลื่อนที่ ตามรูปแบบที่คล้ายกัน การสลายตัวแบบอ่อน (สัมพันธ์กับอันตรกิริยาที่อ่อนแอ) ของแฮดรอนที่เหลือเกิดขึ้น พวกมันทั้งหมดเดือดจนถึงการปล่อยเวกเตอร์โบซอนโดยควาร์กตัวหนึ่ง การเปลี่ยนโบซอนเวกเตอร์นี้เป็นเลปตัน ( และ -อนุภาค) และการขยายตัวเพิ่มเติมของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา

อย่างไรก็ตาม บางครั้งการสลายแบบฮาโดรนก็เกิดขึ้นเช่นกัน เวกเตอร์โบซอนสามารถสลายตัวเป็นคู่ควาร์ก-แอนติควาร์ก ซึ่งจะกลายเป็นมีซอน

ดังนั้น, จำนวนมากปฏิกิริยาต่างๆ เกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของควาร์กและเลปตันกับเวกเตอร์โบซอน ปฏิสัมพันธ์นี้เป็นสากล กล่าวคือ มันเหมือนกันสำหรับควาร์กและเลปตัน ความเป็นสากลของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ตรงกันข้ามกับความเป็นสากลของปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วงหรือแม่เหล็กไฟฟ้า ยังไม่ได้รับคำอธิบายที่ครอบคลุม ใน ทฤษฎีสมัยใหม่ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะรวมกับปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า (ดูความสามัคคีของพลังแห่งธรรมชาติ)

ในเรื่องความสมมาตรที่ถูกทำลายโดยอันตรกิริยาที่อ่อนแอ ดูพาริตี นิวตริโน บทความ The Unity of the Forces of Nature พูดถึงสถานที่ของพลังที่อ่อนแอในภาพของโลกใบเล็ก

เวลาเป็นเหมือนแม่น้ำที่มีเหตุการณ์ผ่านไปและกระแสน้ำก็แรง ทันทีที่สิ่งใดปรากฏต่อหน้าต่อตา สิ่งนั้นก็ถูกพาไปเสียแล้ว และคุณจะเห็นสิ่งอื่นที่จะถูกพัดพาไปในไม่ช้าเช่นกัน

มาร์คัส ออเรลิอุส

เราแต่ละคนมุ่งมั่นที่จะสร้างภาพโลกแบบองค์รวม รวมถึงภาพจักรวาล ตั้งแต่อนุภาคมูลฐานที่เล็กที่สุดไปจนถึงขนาดที่ยิ่งใหญ่ที่สุด แต่กฎของฟิสิกส์บางครั้งก็แปลกและขัดกับสัญชาตญาณมากจนงานนี้อาจล้นหลามสำหรับผู้ที่ยังไม่ได้เป็นนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีมืออาชีพ

ผู้อ่านถามว่า:

แม้ว่านี่จะไม่ใช่ดาราศาสตร์ แต่คุณช่วยบอกใบ้ให้ฉันหน่อยได้ไหม พลังอันแข็งแกร่งนั้นถูกพาไปด้วยกลูออนและจับควาร์กและกลูออนเข้าด้วยกัน แม่เหล็กไฟฟ้าถูกพาโดยโฟตอนและจับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า แรงโน้มถ่วงน่าจะพัดพาโดยแรงโน้มถ่วงและจับอนุภาคทั้งหมดไว้กับมวล ตัวที่อ่อนแอนั้นถูกพาไปด้วยอนุภาค W และ Z และ... เกี่ยวข้องกับการสลายตัวเหรอ? เหตุใดพลังที่อ่อนแอจึงอธิบายเช่นนี้? แรงที่อ่อนแอมีส่วนในการดึงดูดและ/หรือแรงผลักของอนุภาคใดๆ หรือไม่? และอันไหน? และถ้าไม่ แล้วเหตุใดมันจึงเป็นหนึ่งในปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน ในเมื่อมันไม่มีความเกี่ยวข้องกับกองกำลังใดๆ? ขอบคุณ

เรามาทำความเข้าใจพื้นฐานกันดีกว่า พลังพื้นฐานในจักรวาลมีสี่แรง ได้แก่ แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และแรง ปฏิสัมพันธ์ทางนิวเคลียร์และพลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ

และทั้งหมดนี้คือปฏิสัมพันธ์ พลัง สำหรับอนุภาคที่สามารถวัดสถานะได้ การใช้แรงจะเปลี่ยนโมเมนต์เข้า ชีวิตธรรมดาในกรณีเช่นนี้เราพูดถึงความเร่ง และสำหรับพลังทั้งสามนี้สิ่งนี้ก็เป็นเรื่องจริง

ในกรณีของแรงโน้มถ่วง ปริมาณพลังงานทั้งหมด (ส่วนใหญ่เป็นมวล แต่รวมพลังงานทั้งหมดแล้ว) จะทำให้กาลอวกาศโค้งงอ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคอื่นๆ ทั้งหมดจะเปลี่ยนไปเมื่อมีทุกสิ่งที่มีพลังงาน นี่คือวิธีการทำงานในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิก (ไม่ใช่ควอนตัม) อาจมีทฤษฎีทั่วไปมากกว่านี้ นั่นคือแรงโน้มถ่วงควอนตัม ซึ่งมีการแลกเปลี่ยนแรงโน้มถ่วง ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เราสังเกตเห็นว่าเป็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วง

ก่อนที่คุณจะดำเนินการต่อ โปรดทำความเข้าใจ:

1. อนุภาคมีคุณสมบัติหรือบางสิ่งบางอย่างที่มีอยู่ในตัว ซึ่งทำให้พวกมันรู้สึก (หรือไม่รู้สึก) แรงบางประเภท
2. อนุภาคอื่นๆ ที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบกับอนุภาคแรก
3. อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ อนุภาคเปลี่ยนโมเมนต์หรือเร่งความเร็ว

ในแม่เหล็กไฟฟ้า สมบัติหลักคือประจุไฟฟ้า ต่างจากแรงโน้มถ่วงตรงที่สามารถเป็นบวกหรือลบได้ โฟตอนเป็นอนุภาคที่มีแรงที่เกี่ยวข้องกับประจุ ทำให้เกิดประจุคล้าย ๆ กันที่จะผลักกันและดึงดูดประจุที่ไม่เหมือนกัน

เป็นที่น่าสังเกตว่าประจุที่เคลื่อนที่หรือกระแสไฟฟ้าประสบกับปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าอีกอย่างหนึ่งนั่นคือแม่เหล็ก สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับแรงโน้มถ่วง และเรียกว่าแรงโน้มถ่วงของโลก (หรือแรงโน้มถ่วงแม่เหล็กไฟฟ้า) เราจะไม่ลงลึกไปกว่านี้ - ประเด็นก็คือไม่เพียงมีประจุและผู้ให้บริการกองกำลังเท่านั้น แต่ยังมีกระแสน้ำด้วย

นอกจากนี้ยังมีปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รุนแรงซึ่งมีประจุสามประเภท แม้ว่าอนุภาคทั้งหมดจะมีพลังงานและล้วนขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วง และถึงแม้ว่าควาร์ก เลปตอนครึ่งหนึ่งและโบซอนคู่หนึ่งจะมีประจุไฟฟ้า แต่มีเพียงควาร์กและกลูออนเท่านั้นที่มีประจุสีและสามารถสัมผัสกับแรงนิวเคลียร์ที่รุนแรงได้

มีมวลอยู่มากมายทุกที่ ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจึงสังเกตได้ง่าย และเนื่องจากกำลังแรงและแม่เหล็กไฟฟ้าค่อนข้างแรง จึงสังเกตได้ง่ายเช่นกัน

แต่อย่างหลังล่ะ? ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ?

เรามักจะพูดถึงเรื่องนี้ในบริบทของการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี ควาร์กหนักหรือเลปตันสลายตัวเป็นเบากว่าและเสถียรกว่า ใช่ การโต้ตอบที่อ่อนแอมีส่วนเกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ แต่ใน ในตัวอย่างนี้มันแตกต่างไปจากพลังอื่นๆ

ปรากฎว่าปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอก็มีพลังเช่นกัน เพียงแต่ไม่ค่อยมีใครพูดถึง เธออ่อนแอ! อ่อนกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า 10,000,000 เท่าในระยะทางเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน

อนุภาคที่มีประจุจะมีประจุอยู่เสมอ ไม่ว่าอนุภาคจะเคลื่อนที่หรือไม่ก็ตาม แต่กระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของมันสัมพันธ์กับอนุภาคอื่น กระแสไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดความเป็นแม่เหล็ก ซึ่งมีความสำคัญพอๆ กับส่วนทางไฟฟ้าของแม่เหล็กไฟฟ้า อนุภาคของสารประกอบ เช่น โปรตอนและนิวตรอน มีโมเมนต์แม่เหล็กที่มีนัยสำคัญ เช่นเดียวกับอิเล็กตรอน

ควาร์กและเลปตันมีหกรสชาติ ควาร์ก - ขึ้น, ลง, แปลก, มีเสน่ห์, มีเสน่ห์, จริง (ตามพวกเขา การกำหนดตัวอักษรในภาษาละติน u, d, s, c, t, b - ขึ้น, ลง, แปลก, มีเสน่ห์, บน, ล่าง) Leptons - อิเล็กตรอน, อิเล็กตรอน - นิวตริโน, มิวออน, มิวออน - นิวตริโน, เทา, เทา - นิวตริโน แต่ละอันมีประจุไฟฟ้าแต่ก็มีกลิ่นเช่นกัน หากเรารวมแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากับแรงอ่อนเพื่อให้ได้แรงไฟฟ้าอ่อน อนุภาคแต่ละอนุภาคจะมีประจุอ่อนหรือกระแสไฟอ่อนและมีแรงอ่อนคงที่ ทั้งหมดนี้อธิบายไว้ในรุ่นมาตรฐาน แต่การทดสอบค่อนข้างยากเนื่องจากแม่เหล็กไฟฟ้ามีกำลังแรงมาก

ในการทดลองใหม่ ผลลัพธ์ที่ได้รับการเผยแพร่เมื่อเร็วๆ นี้ มีการวัดการมีส่วนร่วมของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอเป็นครั้งแรก การทดลองทำให้สามารถระบุปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอของควาร์กขึ้นและลงได้

และประจุอ่อนของโปรตอนและนิวตรอน การคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานสำหรับประจุอ่อนคือ:

Q W (p) = 0.0710 ± 0.0007,
Q W (n) = -0.9890 ± 0.0007

และจากผลการกระเจิง การทดลองได้ค่าต่อไปนี้:

QW(p) = 0.063 ± 0.012,
Q W (n) = -0.975 ± 0.010

ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีได้เป็นอย่างดีโดยคำนึงถึงข้อผิดพลาดด้วย ผู้ทดลองกล่าวว่าการประมวลผลข้อมูลเพิ่มเติมจะช่วยลดข้อผิดพลาดได้มากขึ้น และหากมีเซอร์ไพรส์หรือความแตกต่างจาก Standard Model ก็คงเยี่ยมมาก! แต่ไม่มีอะไรบ่งบอกถึงสิ่งนี้:

ดังนั้นอนุภาคจึงมีประจุอ่อน แต่เราไม่ได้พูดถึงมันเนื่องจากวัดได้ยากเกินจริง แต่อย่างไรก็ตาม เราก็ทำไปแล้ว และดูเหมือนว่าเราได้ยืนยันโมเดลมาตรฐานอีกครั้งแล้ว