Forca e dobët është një nga katër forcat themelore që qeverisin të gjithë materien në univers. Tre të tjerat janë graviteti, elektromagnetizmi dhe forca e fortë. Ndërsa forcat e tjera i mbajnë gjërat së bashku, një forcë e dobët luan një rol të madh në zbërthimin e tyre.
Forca e dobët është më e fortë se graviteti, por është efektive vetëm në distanca shumë të vogla. Forca vepron në nivelin nënatomik dhe luan një rol kritik në sigurimin e energjisë për yjet dhe krijimin e elementeve. Ai është gjithashtu përgjegjës për shumicën e rrezatimit natyror në univers.
Teoria Fermi
Fizikani italian Enrico Fermi zhvilloi një teori në vitin 1933 për të shpjeguar zbërthimin beta, procesin e shndërrimit të një neutroni në një proton dhe dëbimit të një elektroni, i referuar shpesh në këtë kontekst si një grimcë beta. Ai identifikoi një lloj të ri force, të ashtuquajturën forcë e dobët, e cila ishte përgjegjëse për zbërthimin, procesi themelor i shndërrimit të një neutroni në një proton, një neutrino dhe një elektron, i cili më vonë u identifikua si një antineutrino.
Fermi fillimishtsupozohet se kishte zero distancë dhe ngjitje. Dy grimcat duhej të ishin në kontakt që forca të funksiononte. Që atëherë është zbuluar se forca e dobët është në fakt një forcë tërheqëse që manifestohet në një distancë jashtëzakonisht të shkurtër, e barabartë me 0.1% të diametrit të një protoni.
Forca e dobët elektrike
Në zbërthimet radioaktive, forca e dobët është afërsisht 100,000 herë më e vogël se forca elektromagnetike. Megjithatë, tani dihet se është në thelb e barabartë me atë elektromagnetike, dhe këto dy fenomene në dukje të dallueshme mendohet se janë manifestime të një force të vetme elektromagnetike. Kjo vërtetohet nga fakti se ato kombinohen në energji më të mëdha se 100 GeV.
Ndonjëherë thonë se ndërveprimi i dobët manifestohet në prishjen e molekulave. Megjithatë, forcat ndërmolekulare janë të një natyre elektrostatike. Ato u zbuluan nga van der Waals dhe mbajnë emrin e tij.
Model standard
Ndërveprimi i dobët në fizikë është pjesë e modelit standard - teoria e grimcave elementare, e cila përshkruan strukturën themelore të materies duke përdorur një sërë ekuacionesh elegante. Sipas këtij modeli, grimcat elementare, domethënë ato që nuk mund të ndahen në pjesë më të vogla, janë blloqet ndërtuese të universit.
Një nga këto grimca është kuarku. Shkencëtarët nuk supozojnë ekzistencën e asgjë më pak, por ata ende janë duke kërkuar. Ekzistojnë 6 lloje ose lloje kuarkesh. Le t'i vendosim ato në rregullrritje në masë:
- lart;
- e ulët;
- i çuditshëm;
- i magjepsur;
- i adhurueshëm;
- e vërtetë.
Në kombinime të ndryshme, ato formojnë shumë lloje të ndryshme të grimcave nënatomike. Për shembull, protonet dhe neutronet - grimca të mëdha të bërthamës atomike - secila përbëhet nga tre kuarkë. Dy pjesa e sipërme dhe pjesa e poshtme përbëjnë një proton. Pjesa e sipërme një dhe dy e poshtme formojnë një neutron. Ndryshimi i llojit të kuarkut mund të ndryshojë një proton në një neutron, duke e kthyer kështu një element në një tjetër.
Një lloj tjetër i grimcave elementare është një bozon. Këto grimca janë bartës të ndërveprimit, të cilët përbëhen nga rreze energjie. Fotonet janë një lloj bozoni, gluonët janë një tjetër. Secila nga këto katër forca është rezultat i një shkëmbimi të bartësve të ndërveprimit. Ndërveprimi i fortë kryhet nga gluoni, dhe ndërveprimi elektromagnetik nga fotoni. Gravitoni është teorikisht bartës i gravitetit, por nuk është gjetur.
bozonet W- dhe Z
Ndërveprimi i dobët mbartet nga bozonet W dhe Z. Këto grimca u parashikuan nga laureatët Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam dhe Abdus Gleshow në vitet 1960 dhe u zbuluan në 1983 në Organizatën Evropiane për Kërkime Bërthamore CERN.
W-bozonet janë të ngarkuar elektrikisht dhe shënohen me simbolet W+ (të ngarkuar pozitivisht) dhe W- (të ngarkuar negativisht). W-bozoni ndryshon përbërjen e grimcave. Duke emetuar një bozon W të ngarkuar elektrikisht, forca e dobët ndryshon llojin e kuarkut, duke krijuar një protonnë një neutron ose anasjelltas. Kjo është ajo që shkakton shkrirjen bërthamore dhe shkakton djegien e yjeve.
Ky reagim krijon elementë më të rëndë që hidhen përfundimisht në hapësirë nga shpërthimet e supernovës për t'u bërë blloqet ndërtuese të planetëve, bimëve, njerëzve dhe çdo gjëje tjetër në Tokë.
Rrymë neutrale
Z-bozoni është neutral dhe mbart një rrymë neutrale të dobët. Ndërveprimi i tij me grimcat është i vështirë për t'u zbuluar. Kërkimet eksperimentale për bozonet W dhe Z në vitet 1960 i çuan shkencëtarët drejt një teorie që kombinon forcat elektromagnetike dhe ato të dobëta në një "elektricë të dobët". Megjithatë, teoria kërkonte që grimcat bartëse të ishin pa peshë, dhe shkencëtarët e dinin se teorikisht bozoni W do të duhej të ishte i rëndë për të shpjeguar rrezen e tij të shkurtër. Teoricienët ia atribuojnë masën W një mekanizmi të padukshëm të quajtur mekanizmi Higgs, i cili siguron ekzistencën e bozonit Higgs.
Në vitin 2012, CERN raportoi se shkencëtarët që përdornin përshpejtuesin më të madh në botë, Përplasësin e Madh të Hadronit, kishin vëzhguar një grimcë të re "që korrespondon me bozonin Higgs".
Beta Decay
Ndërveprimi i dobët manifestohet në β-zbërthimin - procesi në të cilin një proton shndërrohet në një neutron dhe anasjelltas. Ndodh kur, në një bërthamë me shumë neutrone ose protone, njëri prej tyre shndërrohet në një tjetër.
Zbërthimi beta mund të ndodhë në një nga dy mënyrat:
- Në zbërthim minus-beta, ndonjëherë i shkruar siβ− -prishje, neutroni ndahet në një proton, një antineutrino dhe një elektron.
- Ndërveprimi i dobët manifestohet në zbërthimin e bërthamave atomike, ndonjëherë i shkruar si β+-shkatërrim, kur një proton ndahet në një neutron, neutrino dhe pozitron.
Një nga elementët mund të shndërrohet në një tjetër kur një nga neutronet e tij kthehet spontanisht në një proton përmes zbërthimit minus-beta, ose kur një nga protonet e tij kthehet spontanisht në një neutron përmes β+-prishje.
Zbërthimi i dyfishtë beta ndodh kur 2 protone në bërthamë transformohen njëkohësisht në 2 neutrone ose anasjelltas, duke rezultuar në emetimin e 2 elektron-antineutrinos dhe 2 grimcave beta. Në një zbërthim hipotetik të dyfishtë beta pa neutrino, neutrinot nuk prodhohen.
Kapja elektronike
Një proton mund të kthehet në një neutron nëpërmjet një procesi të quajtur kapja e elektroneve ose kapja e K. Kur bërthama ka një numër të tepërt të protoneve në krahasim me numrin e neutroneve, elektroni, si rregull, nga shtresa e brendshme e elektroneve duket se bie në bërthamë. Elektroni i orbitalit kapet nga bërthama mëmë, produktet e së cilës janë bërthama e bijës dhe neutrinoja. Numri atomik i bërthamës së bijës që rezulton zvogëlohet me 1, por numri i përgjithshëm i protoneve dhe neutroneve mbetet i njëjtë.
Reagimi i shkrirjes
Forca e dobët është e përfshirë në shkrirjen bërthamore, reagimi që fuqizon diellin dhe bombat e shkrirjes (hidrogjenit).
Hapi i parë në bashkimin e hidrogjenit është përplasja e dyprotonet me forcë të mjaftueshme për të kapërcyer zmbrapsjen e ndërsjellë që përjetojnë për shkak të ndërveprimit të tyre elektromagnetik.
Nëse të dyja grimcat vendosen afër njëra-tjetrës, ndërveprim i fortë mund t'i lidhë ato. Kjo krijon një formë të paqëndrueshme të heliumit (2He), i cili ka një bërthamë me dy protone, në krahasim me formën e qëndrueshme (4He), e cila ka dy neutrone dhe dy protone.
Hapi tjetër është ndërveprimi i dobët. Për shkak të një tepricë të protoneve, njëri prej tyre i nënshtrohet kalbjes beta. Pas kësaj, reaksione të tjera, duke përfshirë formimin e ndërmjetëm dhe shkrirjen 3Ai, përfundimisht formojnë një 4Ai.
