Slaba nuklearna sila

Slaba nuklearna sila,slaba silailislabo međudjelovanjejetemeljno međudjelovanje(fundamentalna interakcija) izmeđukvarkovaileptona,jedna od četiriju temeljnih sila, uvedena pri pokušajima objašnjenjaβ-komponenteprirodneradioaktivnosti.Ključni korak za objašnjenje temeljne slabe sile bilo je uvođenjeneutrina(1932.), s pomoću kojega jeE. Fermipostavio svoju teorijuβ-raspada(1934.). Na osnovi slabe sile, koja "pretvara"neutroneuprotonei omogućujenuklearnu fuzijučetirijuvodikovih atomskih jezgriu jezgruhelija,došlo se do spoznaje procesa koji se odvija uSuncui kojim se objašnjava podrijetloenergije Sunca:nuklearnim fuzijomkilogramvodika u nešto manje od kilogram helija oslobađa seenergijaod 6 × 10¹⁴J.

Ključno je za slabo međudjelovanje bilo otkriće narušenja prostorneparnosti(1956.) i vremenske mikroobrativosti (CP-simetrija), čega nije bilo kod prije istraženogelektromagnetskogijakoga međudjelovanja(jake nuklearne sile). Prijenosnik slabog međudjelovanja masivni jeW bozon(80 GeV), koji se u raspadimaelementarnih česticaponaša kao nabijena slabaelektrična struja,i masivniZ bozon(91 GeV), pridružen neutralnim slabim strujama. Struktura neutralnih slabih struja bila je ključna za potvrduelektroslabe teorije,ujedinjenjaelektromagnetizmai slabog međudjelovanja kao poopćenja dotadašnjega ujedinjenjaelektricitetaimagnetizma.Pritom su uvedeni naboji slabog međudjelovanja, slabiizospini slabi hipernaboj, pridijeljeni kvarkovima i leptonima koji sudjeluju u slabim međudjelovanjima. Slabo međudjelovanje odlikuje se promjenamakvantnih brojevaokusa, unutar obitelji ili između obitelji kvarkova.^[1]

Objašnjenje

Slabu nuklearnu silu je najteže objasniti od svih temeljnih sila zbog toga što se ona najmanje uklapa u definicijusile.Jaku nuklearnu silumoguće je zamisliti kao privlačnu silu izmeđukvarkova,ali pojmovi "privlačna" i "odbojna" zapravo ne odgovaraju pri opisu slabe nuklearne sile. Razlog tomu je što slaba nuklearna sila zapravo mijenjasubatomske česticeiz jedne vrste u drugu, unutar iste generacije ili između generacija. Stoga je slaba nuklearna sila razlog grupiranja kvarkova i leptona u generacije. Dakle, nju osjećaju i kvarkovi i leptoni, a ne samo jedna vrsta čestica. Jaka nuklearna sila je jedina od temeljnih sila čije djelovanje osjeća samo jedna vrsta čestica.

Ako se dvaleptonanađu u dometu slabe sile, tada je za njih moguće da prijeđu iz jedne vrste u drugu vrstu leptona, ali samo unutar iste generacije. Na primjer,elektronse može promijeniti uelektronski neutrinoi obrnuto, ali elektron ne može prijeći umionski neutrinoili umion.Dakle, slaba sila može djelovati na leptone samo unutar iste generacije, ali ne i između generacija.

Kada su u pitanju kvarkovi, stvari su malo složenije. Slaba nuklearna sila može promijeniti jedan kvark u drugi, unutar iste generacije, ali i između generacija kvarkova. Na primjer, djelovanjem slabe nuklearne sile gornji kvark (u) se može promijeniti u donji kvark (d), isto tako ali rjeđe može se promijeniti u strani (s) ili u dubinski kvark (b).^[2]

Temeljno međudjelovanje

Glavni članak:Fundamentalne interakcije

Temeljno međudjelovanjeilifundamentalna interakcijaje međudjelovanje elementarnih čestica:gravitacijsko,elektromagnetsko,jako islabo.Sva poznata međudjelovanja posljedica su tih 4 temeljnih međudjelovanja. Temeljna međudjelovanja međusobno se razlikuju počesticamana koje djeluju,jakosti,dosegu i česticama koje ih prenose. Jako međudjelovanje djeluje na kvarkove i gluone, slabo međudjelovanje na kvarkove ileptone,elektromagnetsko međudjelovanje na sve čestice nabijeneelektričnim nabojem,a gravitacijsko međudjelovanje na sve čestice koje imajumasu.Gravitacijsko međudjelovanje između elementarnih čestica je iznimno slabo, slabo međudjelovanje je malo jače, elektromagnetsko još jače i jako je međudjelovanje najjače. Doseg elektromagnetskog i gravitacijskog međudjelovanja je beskonačan, a doseg jakog i slabog međudjelovanja je kratak, približno poput promjeraatomske jezgre.Jako međudjelovanje prenose gluoni, elektromagnetsko fotoni, slaboW^±i Z⁰bozonia gravitacijskogravitoni(koji nisupokusimapotvrđeni).

Međudjelovanje	Trenutačna teorija	Prijenosnici djelovanja	Relativna jakost⁽¹⁾	Ovisnost o udaljenosti	Doseg djelovanja (m)
Jaka	Kvantna kromodinamika (QCD)	gluoni	10³⁸	${\sim r}$ (vidi napomenu)	10⁻¹⁵
Elektromagnetska	Kvantna elektrodinamika (QED)	fotoni	10³⁶	${\frac {1}{r^{2}}}$	10⁻¹⁸
Slaba	Kvantna aromodinamika (QFD)	W i Z bozoni	10²⁵	${\frac {e^{-m_{W,Z}r}}{r^{2}}}$	$\infty$
Gravitacijska	Opća teorija relativnosti (GR, nije kvantna teorija.)	gravitoni	1	${\frac {1}{r^{2}}}$	$\infty$

⁽¹⁾približne veličine. Točne vrijednosti ovise o česticama i energiji.

Međudjelovanja elementarnih čestica danas su opisanastandardnim modelom čestica,odnosnostandardnom teorijom čestica i sila.Utemeljena su na umnošku grupa U(1)×SU(2)×SU(3). Svakoj od grupa u tom umnošku svojstven je određeni naboj, koji je izvor pridruženoga baždarnoga bozona, prijenosnika danoga temeljnoga međudjelovanja. Temeljna međudjelovanja prenosi dvanaest baždarnih bozona: foton, elektromagnetsko međudjelovanje, dva masivna W-bozona i neutralni Z-bozon slabo međudjelovanje, i osam gluona jako međudjelovanje kao što to opisuje kvantna kromodinamika (međudjelovanja kvarkova i gluona koji posjeduju jaki naboj nazvan bojom). Jedan od glavnih ciljeva fizike elementarnih čestica je ujedinjenje temeljnih međudjelovanja. Do sada su uelektroslaboj teorijiujedinjeni slabo i elektromagnetsko međudjelovanje u elektroslabo međudjelovanje.

Elementarne čestice

Glavni članak:Elementarna čestica

Elementarna česticailitemeljna česticaspada u podgrupusubatomskih česticai odlikuje se najvećim stupnjem elementarnosti (temeljnosti). Temeljnost novootkrivenih subatomskih čestica ovisi o tom imaju li strukturu, mogu li se sastaviti od već postojećih čestica ili se mogu svesti na već poznate čestice. Premastandardnom modelu česticasmatra se da 12 temeljnih čestica izgrađuje svu tvar u svemiru:leptoni(elektron,mion,tauoni njima pripadajućineutrini) ikvarkovi.Prijenosnici međudjelovanja između čestica tvari subozoni:fotoni,gluoni,W-bozoni, Z-bozoniiHiggsovi bozoni.

Kvarkovi i leptoni raspoređeni u parove koji čine tri naraštaja (generacije ili obitelji):

elektron (e) i njegov neutrino ν_ete gornji (u) i donji (d) kvark;
mion (μ) i njegov neutrino ν_μte čarobni ili šarmantni (c) kvark i strani ili čudni (s) kvark;
tauon (τ) i njegov neutrino ν_τte dubinski (b) kvark ili kvark ljepote i vršni (t) kvark ili kvark istine.

Sva je tvar građena od lakih temeljnih čestica prvoga naraštaja, dok se teži kvarkovi pronalaze u sudarima uubrzivačima česticailikozmičkom zračenju.Te čestice nose naboje koji su izvori temeljnih sila (fundamentalne interakcije) i u tom je glavno značenje njihove temeljnosti. Danas su te sile opisanestandardnom teorijom čestica i sila.

Izvori

↑slabo međudjelovanje,[1]"Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 7. siječnja 2020.
↑Svetlana Veselinović: "Elementarne čestice",[2],završni rad, Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Osijek 2014., pristupljeno 27. siječnja 2020.

[1] slabo međudjelovanje,[1]"Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 7. siječnja 2020.

[2] Svetlana Veselinović: "Elementarne čestice",[2],završni rad, Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Osijek 2014., pristupljeno 27. siječnja 2020.

[1]

[2]