Әлсіз күш – ғаламдағы барлық материяны басқаратын төрт негізгі күштің бірі. Қалған үшеуі – гравитация, электромагнетизм және күшті күш. Басқа күштер заттарды біріктіріп тұрғанымен, оларды бұзуда әлсіз күш үлкен рөл атқарады.
Әлсіз күш ауырлық күшінен күшті, бірақ ол өте аз қашықтықта ғана тиімді. Күш субатомдық деңгейде жұмыс істейді және жұлдыздарды энергиямен қамтамасыз етуде және элементтерді құруда маңызды рөл атқарады. Ол сондай-ақ ғаламдағы табиғи радиацияның көпшілігіне жауапты.
Ферми теориясы
Итальяндық физик Энрико Ферми 1933 жылы бета-ыдырауды, нейтронды протонға айналдыру және электронды шығару процесін түсіндіру үшін теория жасады, бұл контексте жиі бета-бөлшек деп аталады. Ол нейтронның протонға, нейтриноға және электронға айналуының іргелі процесінің ыдырауына жауап беретін әлсіз күш деп аталатын күштің жаңа түрін анықтады, кейін ол антинейтрино ретінде анықталды.
Ферми бастапқыданөлдік қашықтық пен адгезия бар деп есептеді. Күш жұмыс істеуі үшін екі бөлшек жанасуы керек еді. Әлсіз күш шын мәнінде өте қысқа қашықтықта, протон диаметрінің 0,1%-ына тең болатын тартымды күш екені анықталды.
Электр күші
Радиоактивті ыдырау кезінде әлсіз күш электромагниттік күштен шамамен 100 000 есе аз. Дегенмен, қазір оның электромагниттікке тең екені белгілі және бұл екі анық көрінетін құбылыс бір электрлік әлсіз күштің көрінісі деп есептеледі. Бұл олардың 100 ГэВ-тан жоғары энергияларда біріктіру фактісімен расталады.
Кейде әлсіз әрекеттесу молекулалардың ыдырауында көрінеді дейді. Алайда молекулааралық күштер электростатикалық сипатта болады. Оларды ван дер Ваальс ашқан және оның есімімен аталады.
Стандартты үлгі
Физикадағы әлсіз өзара әрекеттестік талғампаз теңдеулер жиынтығын пайдалана отырып, заттың іргелі құрылымын сипаттайтын стандартты модель – элементар бөлшектер теориясының бөлігі болып табылады. Бұл модель бойынша қарапайым бөлшектер, яғни кішірек бөліктерге бөлінбейтін бөлшектер ғаламның құрылыс материалы болып табылады.
Осы бөлшектердің бірі кварк. Ғалымдар аз нәрсенің бар екенін болжамайды, бірақ олар әлі де ізденуде. Кварктардың 6 түрі немесе сорттары бар. Оларды ретке келтірейікмассаның өсуі:
- жоғарғы;
- төмен;
- біртүрлі;
- сиқырланған;
- тамаша;
- шын.
Әртүрлі комбинацияларда олар субатомдық бөлшектердің әртүрлі түрлерін құрайды. Мысалы, протондар мен нейтрондар – атом ядросының ірі бөлшектері – әрқайсысы үш кварктан тұрады. Жоғарғы екі және төменгі протонды құрайды. Жоғарғы бір және екі төменгі нейтронды құрайды. Кварк түрін өзгерту протонды нейтронға айналдырып, бір элементті екіншісіне айналдыруы мүмкін.
Элементар бөлшектердің тағы бір түрі бозон болып табылады. Бұл бөлшектер энергия сәулелерінен тұратын өзара әрекеттесу тасымалдаушылары болып табылады. Фотондар бозонның бір түрі, глюондар басқа. Осы төрт күштің әрқайсысы өзара әрекеттесу тасымалдаушыларының алмасуының нәтижесі болып табылады. Күшті әрекеттесу глюон арқылы, ал электромагниттік әрекеттесу фотон арқылы жүзеге асады. Гравитон теориялық тұрғыдан тартылыс күші болып табылады, бірақ ол табылған жоқ.
W- және Z-бозондары
Әлсіз әрекеттесу W- және Z-бозондары арқылы жүзеге асады. Бұл бөлшектерді 1960 жылдары Нобель сыйлығының лауреаттары Стивен Вайнберг, Шелдон Салам және Абдус Глесшоу болжаған және 1983 жылы CERN Еуропалық ядролық зерттеулер ұйымында ашылған.
W-бозондары электрлік зарядталған және W+ (оң зарядталған) және W- (теріс зарядталған) таңбаларымен белгіленеді.. W-бозон бөлшектердің құрамын өзгертеді. Электр заряды бар В бозонын шығару арқылы әлсіз күш кварктың түрін өзгертіп, протонды құрайды.нейтронға айналады немесе керісінше. Бұл ядролық синтезге және жұлдыздардың жануына себепші болады.
Бұл реакция планеталардың, өсімдіктердің, адамдардың және жер бетіндегі барлық нәрселердің құрылыс материалы болу үшін супернова жарылыстарымен ғарышқа лақтырылатын ауыр элементтерді жасайды.
Бейтарап ток
Z-бозон бейтарап және әлсіз бейтарап ток өткізеді. Оның бөлшектермен әрекеттесуін анықтау қиын. 1960 жылдардағы W- және Z-бозондарына арналған эксперименттік ізденіс ғалымдарды электромагниттік және әлсіз күштерді біртұтас «электрлік желіге» біріктіретін теорияға әкелді. Дегенмен, теория тасымалдаушы бөлшектердің салмақсыз болуын талап етті және ғалымдар теориялық тұрғыдан W бозоны оның қысқа диапазонын түсіндіру үшін ауыр болуы керек екенін білді. Теоретиктер W массасын Хиггс бозонының болуын қамтамасыз ететін Хиггс механизмі деп аталатын көрінбейтін механизммен байланыстырды.
2012 жылы CERN әлемдегі ең үлкен үдеткіш Үлкен адрон коллайдерін пайдаланатын ғалымдар «Хиггс бозонына сәйкес келетін» жаңа бөлшекті байқағанын хабарлады.
Бета-ыдырау
Әлсіз әрекеттесу β-ыдырауда көрінеді - протонның нейтронға айналу процесі және керісінше. Бұл нейтрондары немесе протондары тым көп ядрода олардың біреуі екіншісіне айналғанда пайда болады.
Бета-ыдырау екі жолдың бірімен болуы мүмкін:
- Минус-бета ыдырауында, кейде былай жазыладыβ− -ыдырау, нейтрон протонға, антинейтриноға және электронға бөлінеді.
- Әлсіз әрекеттесу атом ядроларының ыдырауында көрінеді, кейде β+ деп жазылады - ыдырау, протон нейтронға, нейтриноға және позитронға бөлінгенде.
Оның нейтрондарының бірі минус-бета ыдырауы арқылы өздігінен протонға айналғанда немесе оның протондарының бірі β+ арқылы өздігінен нейтронға айналғанда элементтердің бірі екіншісіне айналуы мүмкін.-ыдырау.
Екі еселенген бета ыдырау ядродағы 2 протон бір уақытта 2 нейтронға немесе керісінше түрленіп, нәтижесінде 2 электрон-антинейтрино және 2 бета-бөлшек шығарылады. Гипотетикалық нейтриносыз қос бета ыдырауында нейтрино өндірілмейді.
Электронды түсіру
Протон электрондарды басып алу немесе K-түсіру деп аталатын процесс арқылы нейтронға айнала алады. Ядрода нейтрондар санына қатысты протондар саны артық болғанда, электрон, әдетте, ішкі электронды қабықшадан ядроға түсетін сияқты. Орбиталдың электронын аналық ядро ұстайды, оның өнімдері еншілес ядро мен нейтрино. Алынған еншілес ядроның атомдық саны 1-ге азаяды, бірақ протондар мен нейтрондардың жалпы саны өзгеріссіз қалады.
Фузия реакциясы
Әлсіз күш ядролық синтезге, яғни күн мен синтез (сутегі) бомбаларына қуат беретін реакцияға қатысады.
Сутегі синтезінің бірінші қадамы екінің соқтығысуы болып табыладыпротондар электромагниттік әсерлесуіне байланысты өзара итеруді жеңу үшін жеткілікті күші бар.
Егер екі бөлшек бір-біріне жақын орналасса, күшті әрекеттесу оларды байланыстыруы мүмкін. Бұл тұрақты түрге (4He) қарағанда екі протоны бар ядросы бар гелийдің тұрақсыз түрін (2He) жасайды., оның екі нейтроны және екі протоны бар.
Келесі қадам - әлсіз өзара әрекеттесу. Протондардың артық болуына байланысты олардың біреуі бета-ыдырауға ұшырайды. Осыдан кейін басқа реакциялар, соның ішінде аралық түзілу және синтез 3О, сайып келгенде тұрақты 4He құрайды.
