Ασθενής Πυρηνική Επίδρασις
- Ένα είδος Φυσικής Επίδρασης.
Ετυμολογία[]
 Επιδράσεις
|
|---|
| Είδη |
| Α. Ως προς |
| το αποτέλεσμα |
|
|
| Β. Ως προς |
| την αιτία |
| α. Πεδιακές |
| (ή θεμελιώδεις) |
| β. Εφαπτικές |
| (ή παράγωγες) |
|
| Γ. Ως προς την |
| ύπαρξη «πρόκλησης» |
| Δ. Ως προς |
| το περιβάλλον |
|
|
Η ονομασία "Πυρηνική" σχετίζεται ετυμολογικά με την λέξη "πυρήνας".
Εισαγωγή[]
Λέγεται η επίδραση που ασκείται σε ένα σωματίδιο από το Ασθενές Πεδίο μέσα στο οποίο βρίσκεται.
Αναλυτικότερα είναι μία από τις τέσσερις βασικές δυνάμεις που είναι υπεύθυνη για τις αντιδράσεις όπως η β-διάσπαση
(Νετρόνιο -> Πρωτόνιο + Ηλεκτρόνιο + Αντι-νετρίνο).
Συνήθως επικαλύπτεται από τις ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις.
Οι φορείς της είναι τα βοσόνια W και Z και περιγράφεται από μία αυθόρμητη ρήξη συμμετρίας της θεωρίας βαθμίδας SU(2).
Διαδικασία της διάσπασης[]
Οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις ευθύνονται για τις διασπάσεις των βαρέων κουάρκ και λεπτονίων σε ελαφρύτερα κουάρκ και λεπτόνια. Όταν τα θεμελιώδη σωματίδια διασπώνται παρατηρούμε το εξής παράξενο φαινόμενο: το σωματίδιο εξαφανίζεται και αντικαθίσταται από δύο ή περισσότερα διαφορετικά σωματίδια. Μολονότι η ολική ενέργεια και μάζα διατηρούνται, ένα μέρος της μάζας του αρχικού σωματιδίου μετατρέπεται σε Κινητική Ενέργεια, ενώ τα παραγόμενα σωματίδια έχουν, πάντα, συνολικά μικρότερη μάζα από την μάζα του αρχικού σωματιδίου που διασπάται.
Η σταθερή ύλη γύρω μας αποτελείται από τα ελαφρύτερα κουάρκ και λεπτόνια τα οποία δεν μπορούν να διασπασθούν περαιτέρω.
Όταν ένα κυρκόνιο (quark) ή ένα λεπτόνιο αλλάζουν τύπο (για παράδειγμα ένα μιόνιο μετατρέπεται σ' ένα ηλεκτρόνιο) τότε λέμε ότι αλλάζει γεύση. Όλες οι αλλαγές γεύσης έχουν σαν αιτία την ασθενή αλληλεπίδραση.
Τα σωματίδια φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης είναι τα W+, W-, και Z σωματίδια. Τα W έχουν ηλεκτρικό φορτίο ενώ το Z είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.
Γευσοδυναμική[]
Ο κλάδος της Φυσικής που την εξετάζει λέγεται Κβαντική Γευσοδυναμική.
Θεωρία Ενοποίησης[]
Η θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου έχει ενοποιήσει τις ηλεκτρομαγνητικές και τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις σε μία αλληλεπίδραση που ονομάζεται Hλεκτρασθενής Αλληλεπίδραση. Πολύ συχνά ακούμε ότι και το σημερινό Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής θεωρίας, που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων είναι Βαθμιδική Θεωρία. Τι σημαίνει όμως ο όρος αυτός; Ο όρος βαθμίδα (gauge), αναφέρεται σε ένα ειδικό χαρακτηριστικό αυτών των θεωριών, τη συμμετρία βαθμίδας, που για πολλούς ερευνητές είναι ένα από τα πιο θεμελιώδη χαρακτηριστικά γνωρίσματα της Φυσικής.
Η Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία του Maxwell θεωρείται σήμερα μια θεωρία βαθμίδας. Μπορούμε να επεξηγήσουμε την έννοια της συμμετρίας βαθμίδας στον ηλεκτρομαγνητισμό, ως εξής:
Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία μπορούν να εκφραστούν χρησιμοποιώντας συναρτήσεις δυναμικού. Για το Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο χρειάζεται ένα βαθμωτό και ένα διανυσματικό δυναμικό. Αποδεικνύεται ότι οι συναρτήσεις αυτές μπορούν να υποστούν κάποιους μετασχηματισμούς, σύμφωνα με έναν ορισμένο κανόνα που λέγεται Βαθμιδικός Μετασχηματισμός, χωρίς να μεταβληθούν οι τιμές των πεδίων, που άλλωστε είναι οι μόνες μετρήσιμες φυσικές οντότητες. Ο πιο απλός τέτοιος μετασχηματισμός είναι να προστεθεί μια σταθερά στο βαθμωτό ηλεκτρικό δυναμικό. Φυσικά αυτό επεξηγεί το γνωστό γεγονός ότι το ηλεκτρικό δυναμικό μπορεί να υπολογιστεί θεωρώντας ένα αυθαίρετο σημείο ότι έχει δυναμικό μηδέν, καθώς μόνο οι διαφορές στο δυναμικό έχουν σημασία. Ότι οποιοδήποτε σημείο μπορεί αυθαίρετα να θεωρηθεί ότι έχει δυναμικό μηδέν, εκφράζεται στη γλώσσα της φυσικής με την ύπαρξη μιας συγκεκριμένης συμμετρίας στην ηλεκτρομαγνητική θεωρία, της λεγόμενης συμμετρίας βαθμίδας.
Το ηλεκτρασθενές μοντέλο που είχε προταθεί αρχικά για την ενοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής με την ασθενή αλληλεπίδραση, ήταν επίσης τρωτό στους απειρισμούς (έδιναν σε μερικούς υπολογισμούς σαν αποτέλεσμα άπειρο) και οι φυσικοί ήσαν απογοητευμένοι επειδή αυτή η θεωρία φαινόταν να είναι άχρηστη. Ένα από τα θαύματα των βαθμιδικών θεωριών είναι ότι αυτοί οι απειρισμοί μπορούν να αρθούν, επιτρέποντας την εξαγωγή πεπερασμένων προβλέψεων για διάφορα φυσικά μεγέθη. Αυτό έγινε πρώτα για την Κβαντική Ηλεκτροδυναμική (QED) όπως προαναφέραμε, την δεκαετία του 40.
Το 1971 ο μεταπτυχιακός τότε φοιτητής Gerardus ‘t Hooft και ο Veltman υπερέβησαν αυτή τη δυσκολία (και την ανησυχία), και απέδειξαν ότι αυτή η άρση των απειρισμών μπορούσε να συμβεί και για τις ηλεκτρασθενείς αλληλεπιδράσεις μέσω μιας επανακανονικοποίησης που συγκρινόταν με του Feynman.
Η σημαντική συμβολή τους βρίσκεται ακριβώς στο γεγονός ότι χρησιμοποιώντας σύγχρονα μαθηματικά 'εργαλεία' κατάφεραν να δείξουν ότι οι θεωρίες βαθμίδας στις οποίες εντάσσεται το Καθιερωμένο Πρότυπο (SM) μπορούν να δώσουν ακριβείς υπολογισμούς φυσικών μεγεθών, ικανούς να συγκριθούν με πειραματικές μετρήσεις. Δηλαδή, έδειξαν πως οι θεωρίες των συμμετριών βαθμίδας, αν και περιέχουν φορείς με μάζα διαφορετική από το μηδέν και spin=1, είναι επανακανονικοποιήσιμες.
Ο ρόλος της ασθενούς δύναμης στον μετασχηματισμό των κυρκονίων (quarks), την κάνει να εμπλέκεται σε πολλές διασπάσεις των πυρηνικών σωματιδίων που απαιτούν μια αλλαγή της γεύσης των κυρκονίων (quarks) από τον ένα τύπο στον άλλο.
Η ανακάλυψη των μποζονίων W και Z το 1983 ήρθε σαν μια επιβεβαίωση της ηλεκτρασθενούς θεωρίας που συνδέει την ασθενή δύναμη με την ηλεκτρομαγνητική. Η θεωρία αυτή δέχεται την ίδια ένταση των ασθενών με τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις αλλά σε πάρα πολύ υψηλές ενέργειες.
Το μαθηματικό υπόβαθρο της θεωρίας αυτής είναι η λεγόμενη ομάδα SU(2) (Special Unitary) η οποία περιγράφεται από 3 γεννήτορες. Αυτό σημαίνει την ύπαρξη 3 σωματιδίων ανταλλαγής W+, W-, Zo (διαδότες της ασθενούς αλληλεπίδρασης). Επίσης όσοι διαδότες έχουν φορτίο αλληλεπιδρούν και μεταξύ τους όπως και τα φορτία.
Ανάλυση[]
Η Ασθενής Επίδραση είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, που ευθύνεται για τις διασπάσεις των βαρέων κυρκονίων (quarks) και λεπτονίων σε ελαφρύτερα κυρκόνια και λεπτόνια, ώστε να αλλάξει η γεύση τους.
Μολονότι δεν είναι άμεσα αντιληπτή, η σημασία της είναι σημαντική. Οσα σωματίδια αισθάνονται την ασθενή αλλά όχι την ισχυρή αλληλεπίδραση τα ονομάζουμε λεπτόνια.
Όταν τα θεμελιώδη σωματίδια διασπώνται παρατηρούμε το εξής παράδοξο φαινόμενο:
το σωματίδιο εξαφανίζεται και αντικαθίσταται από δύο ή περισσότερα διαφορετικά σωματίδια. Μολονότι η ολική ενέργεια και μάζα διατηρούνται, ένα μέρος της μάζας του αρχικού σωματιδίου μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια, ενώ τα παραγόμενα σωματίδια έχουν, πάντα, συνολικά μικρότερη μάζα από την μάζα του αρχικού σωματιδίου που διασπάται.
Η ασθενής αλληλεπίδραση, είναι σχετικά πολύ ασθενής αλληλεπίδραση και συνήθως προλαμβάνεται, χρονικά, από τις ηλεκτρομαγνητικές και ισχυρές αλληλεπιδράσεις, εκτός και αν αυτές απαγορεύονται από τους νόμους διατήρησης κβαντικών αριθμών (ετερότητας (parity), γεύσης, ισοτοπικού σπιν κλπ).
Οι παρουσιαζόμενες ασθενείς αλληλεπιδράσεις περιλαμβάνουν νετρίνα ή αντινετρίνα (με μηδενικό φορτίο και "ισχυρό" φορτίο) ή κυρκόνια (quarks) με αλλαγή γεύσης, που απαγορεύονται από τις ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις.
Ενώ η εκπομπή της ακτινοβολίας γ από ένα πυρήνα μπορεί να γίνει πολύ γρήγορα, η εκπομπή ενός ζεύγους ηλεκτρονίου-νετρίνου μπορεί να χρειαστεί ώρες, μήνες ή ακόμη και έτη. Από το γεγονός αυτό όλες οι μετατροπές των σωματιδίων είναι γνωστές ως ασθενείς αλληλεπιδράσεις.
Η συνηθισμένη ύλη γύρω μας αποτελείται από τα ελαφρύτερα κουάρκ (up και down) καθώς και τα λεπτόνια (ηλεκτρόνια και τα νετρίνα τους), τα οποία δεν μπορούν να διασπασθούν ακόμη περαιτέρω.
Όταν όμως ένα κουάρκ ή ένα λεπτόνιο αλλάζουν τύπο (για παράδειγμα ένα μιόνιο μετατρέπεται σ' ένα ηλεκτρόνιο) τότε λέμε ότι αλλάζει γεύση. Όλες οι αλλαγές γεύσης έχουν σαν αιτία την ασθενή αλληλεπίδραση.
Τα σωματίδια που αισθάνονται την ασθενή δύναμη, ανταλλάσσουν τα ενδιάμεσα διανυσματικά βοσόνια, W+, W- και το Zo, τα οποία έχουν μάζες της τάξεως των 80 GeV, ενώ η αρχή της Αβεβαιότητας υπαγορεύει μια περιοχή δράσης περίπου m που είναι περίπου το 0.1% της διαμέτρου του πρωτονίου.
Επίσης, η ασθενής είναι 10-4 φορές ασθενέστερη της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης.
Η ασθενής δύναμη, παίζει κρίσιμο ρόλο στην δομή του Σύμπαντος για τους εξής λόγους:
1. Ο Ήλιος δεν θα μπορούσε να λάμπει δίχως την ασθενή αλληλεπίδραση η οποία προκαλεί τον μετασχηματισμό του πρωτονίου σε νετρόνιο, ώστε να μπορεί να σχηματισθεί το δευτέριο και να μπορεί να γίνει η Πυρηνική Σύντηξη του δευτερίου. Η αντίδραση αυτή λέγεται πρωτονίου-πρωτονίου και σε κάθε κύκλο της αντίδρασης αυτής, ελευθερώνεται ενέργεια 25 MeV, κάνοντας έτσι την θερμοκρασία του πυρήνα του Ήλιου να φθάσει 15 εκατομμύρια βαθμούς Kelvin.
2. Είναι αναγκαία για την κατασκευή των βαρέων πυρήνων.
Η διάσπαση β του νετρονίου[]
Η θεωρία των quarks δέχεται ότι το νετρόνιο αποτελείται από τρία σωματίδια κουάρκς: 1 up και 2 down με συνολικά φορτίο μηδέν.
Οι διεργασίες είναι:
- Πρώτα ένα down κουάρκ μετατρέπεται σε up. Το σωμάτιο W που ελευθερώνεται (σαν φορέας ασθενών αλληλεπιδράσεων) μπορεί να αλληλεπιδράσει με ένα νετρίνο και να προκύψει ένα βήτα σωματίδιο ή να διασπαστεί σε ένα αντινετρίνο και ένα ηλεκτρόνιο ή βήτα σωματίδιο. Παρατηρείται επίσης ο τρόπος που αλλάζει το είδος των σωματιδίων μέσω της ανταλλαγής του W, αλλά η αλλαγή αυτή γίνεται στην ίδια διπλέτα των λεπτονίων (ηλεκτρόνιο-νετρίνο του) και στην διπλέτα των κουάρκ (up-down).
Ο ρόλος της ασθενούς δύναμης στον μετασχηματισμό των κουάρκ, την κάνει να εμπλέκεται σε πολλές διασπάσεις των πυρηνικών σωματιδίων που απαιτούν μια αλλαγή της γεύσης των κουάρκ από τον ένα τύπο στον άλλο.
Η ανακάλυψη των βοσονίων W και Z το 1983 ήρθε ως μια επιβεβαίωση της ηλεκτρασθενούς θεωρίας που συνδέει την ασθενή δύναμη με την ηλεκτρομαγνητική. Η θεωρία αυτή δέχεται την ίδια ένταση των ασθενών με τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις αλλά σε πάρα πολύ υψηλές ενέργειες.
Το μαθηματικό υπόβαθρο της θεωρίας αυτής είναι η λεγόμενη ομάδα SU(2) (Special Unitary) η οποία περιγράφεται από 3 γεννήτορες. Αυτό σημαίνει την ύπαρξη 3 σωματιδίων ανταλλαγής W+, W-, Zo (διαδότες της ασθενούς αλληλεπίδρασης). Επίσης όσοι διαδότες έχουν φορτίο αλληλεπιδρούν και μεταξύ τους όπως και τα φορτία.
Ο Pauli από την μελέτη της διάσπασης του νετρονίου (στην οποία όπως είπαμε κύριο ρόλο παίζει η ασθενής δύναμη), υπέθεσε την ύπαρξη του σωματιδίου 'φάντασμα' νετρίνο.
Η διεργασία έχει ως εξής: Αρχικά σ' ένα ραδιενεργό πυρήνα, ένα νετρόνιο βρίσκεται σε στάση μηδενικής ορμής. 1. Απελευθερώνει ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. 2 Λόγω της αρχής διατήρησης της ορμής, τα προϊόντα που παράγονται από την διάσπαση πρέπει να έχουν συνολική ορμή μηδέν, αλλά που τα παρατηρούμενα πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο δεν έχουν. 3 Γι' αυτό χρειάζεται η παρουσία ενός άλλου σωματιδίου με την κατάλληλη ορμή για να εξισορροπεί το γεγονός. 4 Υποθέτουμε ότι απελευθερώθηκε ένα αντινετρίνο.
Υποσημειώσεις[]
Εσωτερική Αρθρογραφία[]
- Ασθενής Πυρηνική Δύναμη
- Ηλεκτρασθενής Επίδραση
- Ασθενοδυναμική
Βιβλιογραφία[]
Ιστογραφία[]
| Κίνδυνοι Χρήσης
|
|---|
|
Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες "Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι Επίσης, |
- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν
- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)