Nguvu dhaifu ni mojawapo ya nguvu nne za kimsingi zinazotawala maada yote katika ulimwengu. Nyingine tatu ni mvuto, sumaku-umeme, na nguvu kali. Wakati nguvu zingine hushikilia vitu pamoja, nguvu dhaifu ina jukumu kubwa katika kuvivunja.
Nguvu dhaifu ina nguvu zaidi kuliko mvuto, lakini inafanya kazi kwa umbali mdogo sana. Nguvu hufanya kazi katika kiwango cha atomiki na ina jukumu muhimu katika kutoa nishati kwa nyota na kuunda vipengele. Pia huchangia mionzi mingi ya asili katika ulimwengu.
Nadharia ya Fermi
Mwanafizikia wa Kiitaliano Enrico Fermi alianzisha nadharia mwaka wa 1933 ili kufafanua uozo wa beta, mchakato wa kubadilisha nyutroni kuwa protoni na kutoa elektroni, ambayo mara nyingi hurejelewa katika muktadha huu kama chembe ya beta. Alitambua aina mpya ya nguvu, ile inayoitwa nguvu dhaifu, ambayo ilisababisha kuoza, mchakato wa kimsingi wa mabadiliko ya neutroni kuwa protoni, neutrino na elektroni, ambayo baadaye ilitambuliwa kuwa antineutrino.
Fermi asilikudhani kuwa kulikuwa na sifuri umbali na kujitoa. Chembe hizo mbili zilipaswa kuwasiliana ili nguvu ifanye kazi. Tangu wakati huo imefichuliwa kuwa nguvu dhaifu kwa kweli ni nguvu ya kuvutia inayojidhihirisha kwa umbali mfupi sana, sawa na 0.1% ya kipenyo cha protoni.
Nguvu ya umeme
Katika miozo ya mionzi, nguvu dhaifu ni takriban mara 100,000 ndogo kuliko nguvu ya sumakuumeme. Hata hivyo, sasa inajulikana kuwa sawa kimaumbile na ile ya sumakuumeme, na matukio haya mawili yanayoonekana kuwa tofauti yanadhaniwa kuwa maonyesho ya nguvu moja dhaifu ya kielektroniki. Hii inathibitishwa na ukweli kwamba huchanganyika kwa nishati kubwa kuliko 100 GeV.
Wakati mwingine wanasema kwamba mwingiliano dhaifu unadhihirika katika kuoza kwa molekuli. Hata hivyo, nguvu za intermolecular ni za asili ya umeme. Waligunduliwa na van der Waals na wana jina lake.
Mfano wa Kawaida
Muingiliano hafifu katika fizikia ni sehemu ya muundo sanifu - nadharia ya chembe msingi, ambayo inaelezea muundo msingi wa mada kwa kutumia seti ya milinganyo maridadi. Kulingana na mtindo huu, chembe chembe za msingi, yaani, zile ambazo haziwezi kugawanywa katika sehemu ndogo, ndizo nyenzo za ujenzi wa ulimwengu.
Moja ya chembe hizi ni quark. Wanasayansi hawafikiri kuwepo kwa chochote kidogo, lakini bado wanatafuta. Kuna aina 6 au aina za quarks. Hebu tuwaweke kwa utaratibuongezeko la wingi:
- juu;
- chini;
- cha ajabu;
- iliyorogwa;
- ya kupendeza;
- kweli.
Katika michanganyiko mbalimbali, huunda aina nyingi tofauti za chembe ndogo ndogo. Kwa mfano, protoni na nyutroni - chembe kubwa za kiini cha atomiki - kila moja ina quarks tatu. Mbili za juu na chini hufanya protoni. Zile za juu na mbili za chini huunda nyutroni. Kubadilisha aina ya quark kunaweza kubadilisha protoni kuwa neutroni, na hivyo kugeuza kipengele kimoja hadi kingine.
Aina nyingine ya chembe za msingi ni boson. Chembe hizi ni flygbolag za mwingiliano, ambazo zinajumuisha mihimili ya nishati. Picha ni aina moja ya boson, gluons ni nyingine. Kila moja ya nguvu hizi nne ni matokeo ya kubadilishana kwa wabebaji wa mwingiliano. Kuingiliana kwa nguvu kunafanywa na gluon, na mwingiliano wa umeme na photon. Kinadharia graviton ndiyo kibeba mvuto, lakini haijapatikana.
W- na Z-bosons
Muingiliano hafifu hubebwa na W- na Z-bosons. Chembe hizi zilitabiriwa na washindi wa tuzo ya Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam na Abdus Gleshow katika miaka ya 1960 na kugunduliwa mwaka 1983 katika Shirika la Ulaya la Utafiti wa Nyuklia CERN.
W-bosons huwa na chaji ya umeme na huonyeshwa kwa alama W+ (zina chaji chaji) na W- (zina chaji hasi). W-boson hubadilisha muundo wa chembe. Kwa kutoa bosoni ya W iliyo na chaji ya umeme, nguvu dhaifu hubadilisha aina ya quark, na kutengeneza protonikwenye neutroni au kinyume chake. Hiki ndicho husababisha muunganiko wa nyuklia na kusababisha nyota kuwaka.
Mwiko huu hutokeza vipengele vizito zaidi ambavyo hatimaye hutupwa angani na milipuko ya supernova na kuwa nguzo za ujenzi wa sayari, mimea, watu na kila kitu kingine duniani.
Mkondo wa kati
Z-boson haina upande wowote na hubeba mkondo dhaifu wa upande wowote. Mwingiliano wake na chembe ni ngumu kugundua. Utafutaji wa kimajaribio wa W- na Z-bosons katika miaka ya 1960 uliwaongoza wanasayansi kwenye nadharia inayochanganya nguvu za sumakuumeme na dhaifu kuwa "electroweak" moja. Walakini, nadharia hiyo ilihitaji chembe za mbebaji zisiwe na uzito, na wanasayansi walijua kwamba kinadharia W boson ingelazimika kuwa nzito kuelezea safu yake fupi. Wananadharia wamehusisha wingi wa W na utaratibu usioonekana unaoitwa utaratibu wa Higgs, ambao hutoa kuwepo kwa kifua cha Higgs.
Mwaka wa 2012, CERN iliripoti kwamba wanasayansi wanaotumia kiongeza kasi kikubwa zaidi duniani, Large Hadron Collider, walikuwa wameona chembe mpya "inayolingana na kifua cha Higgs."
Kuoza kwa Beta
Muingiliano hafifu hudhihirishwa katika kuoza kwa β - mchakato ambapo protoni hubadilika kuwa neutroni na kinyume chake. Hutokea wakati, katika kiini chenye neutroni au protoni nyingi sana, moja wapo inabadilishwa kuwa nyingine.
Kuoza kwa Beta kunaweza kutokea katika mojawapo ya njia mbili:
- Katika minus-beta kuoza, wakati mwingine huandikwa kamaβ− -kuoza, neutroni inagawanyika na kuwa protoni, antineutrino na elektroni.
- Muingiliano hafifu hudhihirishwa katika kuoza kwa viini vya atomiki, wakati mwingine huandikwa kama β+-kuoza, protoni inapogawanyika na kuwa nyutroni, neutrino na positroni..
Kipengele kimojawapo kinaweza kugeuka na kuwa kingine wakati moja ya nyutroni zake inapogeuka kuwa protoni moja kwa moja kupitia kuoza kwa minus-beta, au wakati protoni moja inapojigeuza kuwa neutroni kupitia β+-kuoza.
Uozo wa beta mara mbili hutokea wakati protoni 2 kwenye kiini zinapobadilishwa kwa wakati mmoja kuwa neutroni 2 au kinyume chake, hivyo kusababisha utoaji wa elektroni-antineutrino 2 na chembe 2 za beta. Katika uozo wa nadharia ya neutrinoless mara mbili ya beta, neutrino hazitengenezwi.
Kunasa kielektroniki
Protoni inaweza kugeuka kuwa nutroni kupitia mchakato unaoitwa electron capture au K-capture. Wakati kiini kina idadi ya ziada ya protoni kuhusiana na idadi ya neutroni, elektroni, kama sheria, kutoka kwa shell ya ndani ya elektroni inaonekana kuanguka kwenye kiini. Electron ya orbital inachukuliwa na kiini cha mzazi, bidhaa ambazo ni kiini cha binti na neutrino. Nambari ya atomiki ya kiini cha binti inayotokana hupungua kwa 1, lakini jumla ya idadi ya protoni na neutroni inasalia kuwa sawa.
Maitikio ya mseto
Nguvu dhaifu inahusika katika muunganisho wa nyuklia, mwitikio unaowezesha jua na uunganishaji wa mabomu ya hidrojeni.
Hatua ya kwanza katika muunganisho wa hidrojeni ni mgongano wa mbiliprotoni zenye nguvu ya kutosha kushinda msukosuko wa pande zote wanazopata kutokana na mwingiliano wao wa sumakuumeme.
Ikiwa chembe zote mbili zimewekwa karibu, mwingiliano mkali unaweza kuzifunga. Hii huunda umbo lisilo thabiti la heliamu (2He), ambayo ina kiini chenye protoni mbili, kinyume na umbo thabiti (4He), ambayo ina nyutroni mbili na protoni mbili.
Hatua inayofuata ni mwingiliano dhaifu. Kwa sababu ya ziada ya protoni, mmoja wao hupitia uozo wa beta. Baada ya hapo, miitikio mingine, ikijumuisha uundaji wa kati na muunganisho 3Yeye, hatimaye hutengeneza 4He.
