Malforta nuklea forto

La malforta nuklea forto estas unu el la kvar fundamentaj fortoj ekzistantaj en naturo, laŭ la nuna norma modelo de fortoj en fiziko; la aliaj tri fortoj estas la gravita forto, la elektromagneta forto kaj la forta nuklea forto.

Ĝi disvolviĝas per interŝanĝo de la bosonoj "W" kaj "Z".

En la ĉiutaga vivo, la plej evidenta rezulto de tiu ĉi forto estas beta-radiado.

HistorioRedakti

 
La malkovroj de Fermi malfermis la vojon al la fako de la malforta nuklea forto.

La unua konjekto pri la ekzisto de tia forto okazis en la 1930-aj jaroj, kiam itala fizikisto Enrico Fermi priskribis interagon inter kvar fermionoj, ŝajne nur okazanta per rekta kontakto inter la partikloj. (Male, oni nun komprenas ke ankaŭ tiu ĉi forto efikas je distanco, kiel la aliaj; la tipa interaga distanco estas tamen tro malgranda por ke oni estu povinta facile mezuri ĝin per la tiama ilaro).

En la 1960-aj jaroj, Sheldon Glashow, Abdus Salam kaj Steven Weinberg unuigis la konceptojn de elektromagneta forto kaj de malforta interagado prunvante, ke estas du aspektoj de ununura forto, nuntempe nomita "malforta elektroforto".[1]

La ekzistado de bosonoj W kaj Z ne estis konfirmita rekte ĝis 1983.[2]

Priskribo kaj proprecojRedakti

La malforta interagado estas tipo de interagado inter fundamentaj partikloj, respondeca pri naturaj fenomenoj kiel la Beta-radiado. Kiel malforta interagado, ĝi ne nur povas okazigi efikojn pure altirajn aŭ malaltirajnn (kiel okazas por ekzemplo ĉe la elektromagneta intergagado), sed povas okazigi ankaŭ ŝanĝon de identeco de la koncernaj partikloj, tio estas, tio kion oni konas kiel reago de subatomaj partikloj.

La malforta interagado kun elektra ŝarĝo estas unika en variaj aspektoj, nome la jenaj:

  • Ĝi estas la nura interagado kiu povas ŝanĝi la "guston" de la kvarkoj (tio estas, ŝanĝi unu tipon de kvarko kontraŭ alia).
  • Ĝi estas la nura interagado kiu perfortas la P aŭ simetrion de fizika pareco. Ĝi estas ankaŭ la nura interagado kiu perfortas la simetrion de ŝarĝo-pareco CP.
  • Kaj la interagado elektre ŝarĝita kaj la elektre neŭtraj estas peritaj (propagitaj) de partikloj portantaj de forto kiuj havas gravajn masojn, malofta karaktero kiu klariĝas laŭ la norma modelo pere de la mekanismo de Higgs.

La unua teorio por kompreni la malfortan interagadon estis farita jam en 1914, kaj poste Fermi proponis sian teorion de la beta-dekadenco en 1933. Tamen, fine de la 1960-aj jaroj oni proponis plej ampleksan klarigon komplete kontentigan, nome la teorio elektromalforta kiu klarigis la malfortan interagadon kiel kampo de Yang-Mills asocia al grupo de gaŭga interna simetrio de speciala unueca grupo SU (2).

Origine oni nomis ĝin «malforta nuklea forto», ĉar la malforta interagado ests limigita al tre mallongaj distancoj, de nur iomete pli ol la atoma nukleo, ĉar ĝi estas tre malforta kompare kun la forta nuklea forto kiu retenas unuigitaj neŭtronojn kaj protonojn. Tamen, se oni enkalkulas, ke ĝi estas ankaŭ responsa pri la radiado de partikloj de la familio de la elektrono kiel muono, ekster la nukleo, oni preferas nomi ĝin simple «malforta». Ĝiaj plej konsiderindaj efikoj estas okazigitaj de alia unika kondiĉo: ĝia ŝanĝo de fizika "gusto".

Pro la malforteco de tiu interagado, la malforta radiado estas tre malrapida kompare kun la forta aŭ elektromagneta radiado. Por ekzemplo, elektromagneta radiado de neŭtra piono havas vivon de ĉirkaŭ 10–16 sekundoj; dum malforta radiado ŝarĝita per unu piono havas vivon de ĉirkaŭ 10–8 sekundoj, tio estas, cent milionoj de fojoj pli longan. Libera neŭtrono «vivas» ĉirkaŭ 15 minutoj, kio faras ĝin nestabilan subatoma partiklo kun la plej longa konata averaĝa vivo.

ProprecojRedakti

 
Unua observo de neŭtrino en "vezikobarelo", novembro de 1970.

La malforta interagado koncernas ĉiun leptonon kiu havu maldekstran fizikan mandekstrecon kaj kvarkojn. Ĝi estas la nura forto kiu tuŝas la neŭtrinojn (escepte ĉe la gravitforto, kiu ne estas evitebla je laboratoria skalo). La malforta interagado estas unika je kelkaj aspektoj, nome la jenaj:

  1. Ĝi estas la nura interagado kiu estas kapabla ŝanĝi sian fizikan "guston".
  2. Ĝi estas la nura interagado kiu perfortas la la P aŭ simetrion de fizika pareco (ĉar ĝi agadas nur super elektronoj, muonoj kaj maldekstren tauonoj). Ĝi estas ankaŭ la nura kiu perfortas la simetrion CP.
  3. Ĝi peras inter la pezaj Gaŭĝaj bosonoj. Tiu malofta trajto estas klarigita laŭ la norma modelo pere de la mekanismo de Higgs.

Pro la granda maso de la partikloj kiuj transportas la malfortan interagadon (ĉirkaŭ 90 GeV/c2), ĝia averaĝa vivo estas limigita al ĉirkaŭ 3×10−27  sekundoj, pro la necerteca principo. Eĉ je la rapideco de la lumo tiu efektiva limo de la rango de la malforta interagado de 10−18  metroj estas ĉirkaŭ mil fojojn pli malgranda ol la diametro de la atoma nukleo.

Se konsideri unu neŭtronon (enhavanta po unu U-kvarkon kaj du D-kvarkojn), kvankam la neŭtrono estas pli amashava ol sia «frata» nukleono (m (neŭtrono)= 939.5653 MeV, m (protono)=938.27203 MeV), ĝi ne povas radii dekadence en unu protono (enhavanta po du U-kvarkojn kaj po unu D-kvarkon) sen ŝanĝi la fizikan guston de unu de la D-kvarkoj. La forta interagado aŭ la elektromagnetismo ne povas ŝanĝi sian guston, pro kio tio povas okazi nur pere de malforta radiado (dekadenco). En tiu procezo, unu D-kvarko en unu neŭtrono ŝanĝiĝas en unu U-kvarko elsendante unu bosonon W, kiu poste rompiĝas en elektronoj de alta energio kaj unu elektrona kontraŭneŭtrino. La elektronoj tre energihavaj estas beta-radiado, tio estas nomita Beta-disintegrado.

Tipoj de InteragadoRedakti

 
La diagramo de Feynman por la beta-disintegrado - malpli ol unu neŭtrono en unu protono, elektrono kaj kontraŭneŭtrino de elektronoj, tra peza intermeza bosono EN

Estas tri bazaj tipoj de verticoj de la malforta interagado (ĝis la kuniĝo de la ŝarĝo kaj la simetria kruco). Du el ili ŝirmas ŝarĝitajn bosonojn, kiuj estas nomitaj «interagadoj de ŝarĝita kurento». La tria tipo estas nomita «interagado de neŭtrala kurento».

  • Unu leptono ŝarĝita (kiel unu elektrono aŭ uno muono) povas elsendi aŭ absorbi unu bosonon W kaj igi ĝin sia koresponda neŭtrino.
  • Unu kvarko de tipo D (kun ŝarĝo –1/3) povas elsendi aŭ absorbi unu bosonon W kaj fari ĝin unu supermetaĵo de U-kvarko. Male, unu U-kvarko povas iĝi unu supernetaĵo de D-kvarkoj. La preciza enhavo de la supermetaĵo estas difinita per la matrico CKM.
  • ĉu unu leptono ĉu unu kvarko povas elsendi aŭ absorbi unu bosonon Z.

Du interagadoj de ŝarĝitaj kurentoj kune estas responsaj pri la fenomeno de la beta-disintegrado (beta-radiado). La interagado de neŭtra kurento estis la plej frua observita en eksperimento de disigo de neŭtrinoj en 1974 kaj en eksperimento pri kolizioj en 1983.

Malforta elektrofortoRedakti

Je distanco pli malgranda ol protona diametro, aŭ je grandaj energioj, la malforta nuklea forto unuiĝas kun la elektromagneta forto: la kuniĝon oni nomas malforta elektroforto.

Vidu ankaŭRedakti

NotojRedakti

  1. «The Nobel Prize in Physics 1979». Premio Nobel. Arkivita el la originalo la 6an de julio 2014.
  2. Cottingham & Greenwood (1986, 2001), p. 8

BibliografioRedakti

Eksteraj ligilojRedakti