พลังที่อ่อนแอเป็นหนึ่งในสี่พลังพื้นฐานที่ควบคุมสสารทั้งหมดในจักรวาล อีกสามประการคือแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และกำลังอย่างแรง ในขณะที่พลังอื่นๆ รวมสิ่งต่าง ๆ ไว้ด้วยกัน พลังที่อ่อนแอมีบทบาทสำคัญในการทำลายมันลง

แรงที่อ่อนแอนั้นแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วง แต่จะมีผลในระยะทางที่น้อยมากเท่านั้น แรงทำงานในระดับต่ำกว่าอะตอมและมีบทบาทสำคัญในการจ่ายพลังงานให้กับดาวฤกษ์และสร้างองค์ประกอบต่างๆ นอกจากนี้ยังเป็นผู้รับผิดชอบต่อรังสีธรรมชาติส่วนใหญ่ในจักรวาลด้วย

ทฤษฎีแฟร์มี

นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี เอนริโก แฟร์มี พัฒนาทฤษฎีในปี 1933 เพื่ออธิบายการสลายตัวของบีตา ซึ่งเป็นกระบวนการของนิวตรอนที่เปลี่ยนเป็นโปรตอนและการแทนที่อิเล็กตรอน ซึ่งมักเรียกว่าอนุภาคบีตาในบริบทนี้ เขาได้ระบุแรงชนิดใหม่ที่เรียกว่าแรงอ่อนซึ่งมีหน้าที่ในการสลายซึ่งเป็นกระบวนการพื้นฐานของการเปลี่ยนนิวตรอนให้เป็นโปรตอน นิวตริโน และอิเล็กตรอน ซึ่งต่อมาถูกกำหนดให้เป็นแอนตินิวตริโน

เดิมทีแฟร์มีสันนิษฐานว่าระยะทางเป็นศูนย์และไม่มีการเชื่อมโยงกัน อนุภาคทั้งสองต้องสัมผัสกันเพื่อให้แรงทำงาน ตั้งแต่นั้นมา มีการค้นพบว่าแรงอ่อนจริงๆ แล้วเป็นแรงที่แสดงออกมาในระยะทางที่สั้นมาก ซึ่งเท่ากับ 0.1% ของเส้นผ่านศูนย์กลางโปรตอน

แรงไฟฟ้าอ่อน

ขั้นตอนแรกในการหลอมไฮโดรเจนคือการชนกันของโปรตอนสองตัวด้วยแรงที่เพียงพอเพื่อเอาชนะแรงผลักกันที่พวกมันประสบเนื่องจากอันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของพวกมัน

หากอนุภาคทั้งสองวางอยู่ใกล้กัน พลังอันแข็งแกร่งสามารถจับพวกมันเข้าด้วยกันได้ สิ่งนี้ทำให้เกิดฮีเลียมในรูปแบบที่ไม่เสถียร (2 He) ซึ่งมีนิวเคลียสที่มีโปรตอนสองตัว ตรงข้ามกับรูปแบบที่เสถียร (4 He) ซึ่งมีนิวตรอนสองตัวและโปรตอนสองตัว

ในระยะต่อไป ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะเข้ามามีบทบาท เนื่องจากมีโปรตอนมากเกินไป หนึ่งในนั้นจึงสลายตัวด้วยเบต้า หลังจากนั้น ปฏิกิริยาอื่นๆ รวมถึงการก่อตัวขั้นกลางและการหลอมรวมของ 3He จะก่อตัวเป็น 4He ที่เสถียรในที่สุด

แผนภาพไฟน์แมนของการสลายบีตาของนิวตรอนเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอนผ่านโบซอนตัวกลางเป็นหนึ่งในสี่ปฏิกิริยาทางกายภาพพื้นฐานระหว่างอนุภาคมูลฐาน ร่วมกับแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และแรง การสำแดงที่โด่งดังที่สุดของมันคือการสลายตัวของเบต้าและกัมมันตภาพรังสีที่เกี่ยวข้อง การโต้ตอบชื่อ อ่อนแอ,เนื่องจากความแรงของสนามที่สอดคล้องกับมันนั้นน้อยกว่าในสนามที่ยึดอนุภาคนิวเคลียร์ (นิวคลีออนและควาร์ก) ไว้ด้วยกัน 10 13 และน้อยกว่าคูลอมบ์ในระดับเหล่านี้ 10 10 แต่แข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงมาก ปฏิกิริยานี้มีช่วงสั้นและปรากฏเฉพาะในระยะห่างตามขนาดของนิวเคลียสของอะตอมเท่านั้น
ทฤษฎีแรกของปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนถูกเสนอโดยเอนรีโก เฟอร์มีในปี 1930 ในการพัฒนาทฤษฎีนี้ เขาใช้สมมติฐานของโวล์ฟกัง เพาลีเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคมูลฐานชนิดใหม่ นั่นคือนิวตริโนในขณะนั้น
ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแออธิบายถึงกระบวนการเหล่านั้นในฟิสิกส์นิวเคลียร์และอนุภาคที่เกิดขึ้นค่อนข้างช้า ตรงกันข้ามกับกระบวนการที่รวดเร็วที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ตัวอย่างเช่น ครึ่งชีวิตของนิวตรอนจะอยู่ที่ประมาณ 16 นาที – ความนิรันดร์เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการนิวเคลียร์ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือเวลา 10 -23 วินาที
เพื่อการเปรียบเทียบ ไพออนที่มีประจุ? ± สลายตัวเนื่องจากปฏิกิริยาที่อ่อนแอและมีอายุการใช้งาน 2.6033 ± 0.0005 x 10 -8 วินาที ในขณะที่ไพออนที่เป็นกลาง? 0 สลายตัวเป็นรังสีแกมมาสองรังสีผ่านปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า และมีอายุการใช้งาน 8.4 ± 0.6 x 10 -17 วินาที
ลักษณะเฉพาะของการมีปฏิสัมพันธ์อีกประการหนึ่งคือเส้นทางอิสระของอนุภาคในสาร อนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบผ่านปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น อนุภาคที่มีประจุ และแกมมาควอนต้า สามารถกักไว้ได้ด้วยแผ่นเหล็กที่มีความหนาหลายสิบเซนติเมตร ในขณะที่นิวตริโนซึ่งมีปฏิกิริยาเพียงน้อยนิดจะทะลุชั้นโลหะหนาหนึ่งพันล้านกิโลเมตรโดยไม่เคยชนกัน
ปฏิกิริยาที่อ่อนแอเกี่ยวข้องกับควาร์กและเลปตัน รวมถึงนิวทริโนด้วย ในกรณีนี้กลิ่นของอนุภาคเปลี่ยนไปเช่น ประเภทของพวกเขา ตัวอย่างเช่น ผลจากการสลายตัวของนิวตรอน d-ควาร์กตัวหนึ่งของมันก็กลายเป็นยูควาร์ก นิวตริโนมีเอกลักษณ์เฉพาะตรงที่พวกมันมีปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นผ่านปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงที่อ่อนหรืออ่อนกว่าเท่านั้น
ตามแนวคิดสมัยใหม่ซึ่งกำหนดไว้ในแบบจำลองมาตรฐาน ปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นดำเนินการโดยเกจ W- และ Z-bosons ซึ่งถูกค้นพบที่เครื่องเร่งความเร็วในปี 1982 มวลของพวกมันคือ 80 และ 90 เท่าของมวลโปรตอน การแลกเปลี่ยน W-boson เสมือนเรียกว่ากระแสประจุไฟฟ้า การแลกเปลี่ยน Z-boson เรียกว่ากระแสเป็นกลาง
จุดยอดของไดอะแกรมไฟน์แมนที่อธิบายกระบวนการที่เป็นไปได้ที่เกี่ยวข้องกับเกจ W- และ Z-โบซอนสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

เลปตันสามารถไวโปรมินิไนต์หรือดูดซับ W โบซอน และกลายเป็นนิวตริโน
ควาร์กสามารถไวโปรมินิตหรือดูดซับ W โบซอน และเปลี่ยนรสชาติของมัน กลายเป็นการซ้อนทับของควาร์กตัวอื่น
เลปตันหรือควาร์กสามารถดูดซับหรือเพิ่มความเข้มข้นของ Z-boson ได้

ความสามารถของอนุภาคในการโต้ตอบอย่างอ่อนนั้นอธิบายได้ด้วยเลขควอนตัมที่เรียกว่าไอโซสปินแบบอ่อน ค่าไอโซสปินที่เป็นไปได้สำหรับอนุภาคที่สามารถแลกเปลี่ยนโบซอน W และ Z คือ ± 1/2 อนุภาคเหล่านี้มีปฏิกิริยาโต้ตอบผ่านปฏิกิริยาที่อ่อนแอ อนุภาคที่มีค่าไอโซสปินอ่อนเป็นศูนย์ ซึ่งกระบวนการแลกเปลี่ยนโบซอน W และ Z เป็นไปไม่ได้ จะไม่เกิดปฏิกิริยาซึ่งกันและกันผ่านลัทธิซึ่งกันและกันแบบอ่อน ไอโซสปินที่อ่อนแอจะถูกสงวนไว้ในปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคมูลฐาน ซึ่งหมายความว่าไอโซสปินอ่อนรวมของอนุภาคทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยายังคงไม่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าประเภทของอนุภาคอาจเปลี่ยนแปลงก็ตาม
คุณลักษณะของการโต้ตอบที่อ่อนแอคือมันละเมิดความเท่าเทียมกันเนื่องจากมีเพียงเฟอร์มิออนที่มี chirality ทางซ้ายและปฏิปักษ์ของเฟอร์มิออนที่มี chirality ที่ถนัดขวาเท่านั้นที่มีความสามารถในการโต้ตอบอย่างอ่อนผ่านกระแสที่มีประจุ การไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันในปฏิกิริยาที่อ่อนแอถูกค้นพบโดย Yang Zhenning และ Li Zhengdao ซึ่งทั้งสองคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1957 สาเหตุของการไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันนั้นเห็นได้จากการทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง ในแบบจำลองมาตรฐาน การทำลายแบบสมมาตรสอดคล้องกับอนุภาคสมมุติที่เรียกว่าฮิกส์โบซอน นี่เป็นอนุภาคเพียงอนุภาคเดียวของแบบจำลองธรรมดาที่ยังไม่ได้ถูกค้นพบโดยการทดลอง
หากมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ความสมมาตรของ CP ก็เสียหายเช่นกัน การละเมิดนี้ถูกค้นพบโดยการทดลองในปี พ.ศ. 2507 ในการทดลองกับคาออน ผู้เขียนการค้นพบ James Cronin และ Val Fitch ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1980 การละเมิดสมมาตรของ CP เกิดขึ้นน้อยกว่าการละเมิดความเท่าเทียมกันมาก นอกจากนี้ยังหมายถึง เนื่องจากการอนุรักษ์สมมาตร CPT ขึ้นอยู่กับหลักการทางกายภาพพื้นฐาน - การแปลงแบบ Lorentz และปฏิสัมพันธ์ในระยะสั้น ความเป็นไปได้ที่จะทำลาย T-symmetry เช่น การไม่คงที่ของกระบวนการทางกายภาพเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทิศทางของเวลา

ในปีพ. ศ. 2512 ได้มีการสร้างทฤษฎีแบบรวมของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและนิวเคลียร์แบบอ่อนตามที่พลังงาน 100 GeV ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิ 10 15 K ความแตกต่างระหว่างกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าและกระบวนการที่อ่อนแอจะหายไป การตรวจสอบเชิงทดลองของทฤษฎีรวมของอิเล็กโตรแวคและปฏิสัมพันธ์ทางนิวเคลียร์ที่รุนแรงนั้นจำเป็นต้องเพิ่มพลังงานเครื่องเร่งถึงหนึ่งแสนล้านเท่า
ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กโทรอ่อนแอนั้นมีพื้นฐานมาจากกลุ่มสมมาตร SU (2)
แม้จะมีขนาดที่เล็กและระยะเวลาสั้น แต่ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอก็มีบทบาทสำคัญมากในธรรมชาติ หากเป็นไปได้ที่จะ "ปิด" ปฏิกิริยาที่อ่อนแอดวงอาทิตย์ก็จะดับลงเนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนโปรตอนเป็นนิวตรอนโพซิตรอนและนิวตริโนซึ่งเป็นผลมาจากโปรตอน 4 ตัวกลายเป็น 4 He สอง โพซิตรอนและนิวตริโนสองตัวจะเป็นไปไม่ได้ กระบวนการนี้ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักของดวงอาทิตย์และดวงดาวส่วนใหญ่ (ดูวัฏจักรไฮโดรเจน) กระบวนการอันตรกิริยาที่อ่อนแอมีความสำคัญต่อการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เนื่องจากพวกมันทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานของดาวฤกษ์ที่ร้อนจัดในการระเบิดซูเปอร์โนวาพร้อมกับการก่อตัวของพัลซาร์ ฯลฯ หากไม่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอในธรรมชาติ มิวออน ไพมีซอน และอนุภาคอื่นๆ ก็จะเสถียรและแพร่หลายในสสารทั่วไป บทบาทที่สำคัญของการโต้ตอบที่อ่อนแอนั้นเกิดจากการที่มันไม่ปฏิบัติตามข้อห้ามหลายประการของการโต้ตอบที่รุนแรงและทางแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะเปลี่ยนเลปตันที่มีประจุให้เป็นนิวตริโน และควาร์กของรสชาติหนึ่งให้กลายเป็นควาร์กของอีกรสชาติหนึ่ง

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

ฟิสิกส์ได้เคลื่อนตัวไปอย่างช้าๆ เพื่อระบุการมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ แรงที่อ่อนแอเป็นสาเหตุของการสลายตัวของอนุภาค ดังนั้นการปรากฏตัวของมันจึงต้องเผชิญกับการค้นพบกัมมันตภาพรังสีและการศึกษาการสลายตัวของเบต้า

การสลายตัวของเบต้าได้เปิดเผยคุณสมบัติที่แปลกประหลาดอย่างยิ่ง การวิจัยนำไปสู่ข้อสรุปว่าการสลายตัวนี้ดูเหมือนจะละเมิดกฎพื้นฐานประการหนึ่งของฟิสิกส์ - กฎการอนุรักษ์พลังงาน ดูเหมือนว่าพลังงานส่วนหนึ่งจะหายไปที่ไหนสักแห่ง เพื่อ "รักษา" กฎการอนุรักษ์พลังงาน W. Pauli แนะนำว่าในระหว่างการสลายตัวของบีตา อนุภาคอีกชิ้นจะลอยออกไปพร้อมกับอิเล็กตรอน และนำพลังงานที่หายไปไปด้วย มีความเป็นกลางและมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูงผิดปกติซึ่งส่งผลให้ไม่สามารถสังเกตได้ E. Fermi เรียกอนุภาคที่มองไม่เห็นว่า "นิวตริโน"

แต่การทำนายนิวตริโนเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของปัญหา นั่นคือการกำหนดสูตรของมัน จำเป็นต้องอธิบายธรรมชาติของนิวตริโน แต่ก็ยังมีความลึกลับอยู่มาก ความจริงก็คืออิเล็กตรอนและนิวตริโนถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสที่ไม่เสถียร แต่ได้รับการพิสูจน์อย่างปฏิเสธไม่ได้ว่าไม่มีอนุภาคดังกล่าวภายในนิวเคลียส เกี่ยวกับการเกิดขึ้นของพวกมัน แนะนำว่าอิเล็กตรอนและนิวตริโนไม่มีอยู่ในนิวเคลียสในรูปแบบ "สำเร็จรูป" แต่เกิดขึ้นจากพลังงานของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสี การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่านิวตรอนที่รวมอยู่ในนิวเคลียสถูกปล่อยทิ้งไว้ที่อุปกรณ์ของพวกมันเอง หลังจากนั้นไม่กี่นาทีก็สลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน กล่าวคือ แทนที่จะเป็นอนุภาคเดียว กลับมีอนุภาคใหม่สามอนุภาคปรากฏขึ้น การวิเคราะห์นำไปสู่ข้อสรุปว่าพลังที่ทราบไม่สามารถทำให้เกิดการแตกสลายดังกล่าวได้ เห็นได้ชัดว่ามันถูกสร้างขึ้นโดยพลังอื่นที่ไม่รู้จัก การวิจัยพบว่าแรงนี้สอดคล้องกับปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอบางอย่าง

อันตรกิริยาแบบอ่อนมีขนาดน้อยกว่าอันตรกิริยาทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ ยกเว้นอันตรกิริยาแรงโน้มถ่วง และในระบบที่มีอยู่ ผลกระทบของมันจะถูกบดบังด้วยอันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและอันรุนแรง นอกจากนี้ ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอยังแพร่กระจายไปในระยะทางที่น้อยมาก รัศมีของการโต้ตอบที่อ่อนแอนั้นเล็กมาก ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะหยุดที่ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดมากกว่า 10-16 ซม. ดังนั้นจึงไม่สามารถส่งผลต่อวัตถุขนาดมหึมาได้ แต่ถูกจำกัดอยู่เพียงพิภพเล็ก ๆ ซึ่งเป็นอนุภาคย่อยของอะตอม เมื่อการค้นพบอนุภาคใต้นิวเคลียร์ที่ไม่เสถียรจำนวนมากเหมือนหิมะถล่ม พบว่าอนุภาคส่วนใหญ่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง

ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานชุดสุดท้ายคือปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานมหาศาล ตัวอย่างพลังงานที่ปล่อยออกมาจากอันตรกิริยาที่รุนแรงที่สุดโดยทั่วไปคือดวงอาทิตย์ ในส่วนลึกของดวงอาทิตย์และดวงดาว ปฏิกิริยาแสนสาหัสเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดจากปฏิกิริยารุนแรง แต่มนุษย์ยังได้เรียนรู้ที่จะปล่อยปฏิกิริยารุนแรงออกมาด้วย: มีการสร้างระเบิดไฮโดรเจน เทคโนโลยีสำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมได้รับการออกแบบและปรับปรุง

ฟิสิกส์มาถึงแนวคิดเรื่องการมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างการศึกษาโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม แรงบางอย่างต้องยึดโปรตอนที่มีประจุบวกไว้ในนิวเคลียส เพื่อป้องกันไม่ให้โปรตอนลอยออกไปภายใต้อิทธิพลของแรงผลักไฟฟ้าสถิต แรงโน้มถ่วงอ่อนเกินไปที่จะให้สิ่งนี้ เห็นได้ชัดว่าจำเป็นต้องมีปฏิสัมพันธ์บางประเภท ยิ่งไปกว่านั้นยังแข็งแกร่งกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย ต่อมาก็ถูกค้นพบ ปรากฎว่าถึงแม้ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงจะเกินกว่าปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอื่น ๆ ทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ แต่ก็ไม่ได้รู้สึกนอกนิวเคลียส เช่นเดียวกับในกรณีของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ รัศมีของการกระทำของแรงใหม่นั้นมีขนาดเล็กมาก: ปฏิกิริยาที่รุนแรงนั้นปรากฏอยู่ในระยะห่างที่กำหนดโดยขนาดของนิวเคลียส เช่น ประมาณ 10-13 ซม. นอกจากนี้ปรากฎว่าไม่ใช่ว่าอนุภาคทั้งหมดจะมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ดังนั้นโปรตอนและนิวตรอนจึงประสบกับมัน แต่อิเล็กตรอน นิวตริโน และโฟตอนไม่อยู่ภายใต้มัน โดยปกติแล้วมีเพียงอนุภาคหนักเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่รุนแรง มีหน้าที่รับผิดชอบในการก่อตัวของนิวเคลียสและปฏิกิริยาหลายอย่างของอนุภาคมูลฐาน

คำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นยากต่อการพัฒนา ความก้าวหน้าเกิดขึ้นเฉพาะในช่วงต้นทศวรรษที่ 60 เมื่อมีการเสนอแบบจำลองควาร์ก ในทฤษฎีนี้ นิวตรอนและโปรตอนไม่ถือเป็นอนุภาคมูลฐาน แต่เป็นระบบประกอบที่สร้างขึ้นจากควาร์ก

ดังนั้นในการโต้ตอบทางกายภาพขั้นพื้นฐาน จึงเห็นความแตกต่างระหว่างแรงในระยะไกลและระยะสั้นได้ชัดเจน ในด้านหนึ่ง ปฏิสัมพันธ์ของรัศมีไม่จำกัด (แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า) และอีกด้านหนึ่ง ของรัศมีเล็ก (แรงและอ่อน) โลกแห่งกระบวนการทางกายภาพแผ่ออกไปภายในขอบเขตของขั้วทั้งสองนี้ และเป็นศูนย์รวมของความเป็นหนึ่งเดียวของการกระทำระยะสั้นที่เล็กมากและใหญ่มาก - การกระทำระยะสั้นในโลกใบเล็กและการกระทำระยะไกลทั่วทั้งจักรวาล

แรงอ่อนหรือแรงนิวเคลียร์อ่อน เป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐานในธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความรับผิดชอบต่อการสลายตัวของเบต้าของนิวเคลียส ปฏิกิริยานี้เรียกว่าอ่อน เนื่องจากอีกสองอันตรกิริยาที่สำคัญสำหรับฟิสิกส์นิวเคลียร์ (แรงและแม่เหล็กไฟฟ้า) นั้นมีความเข้มที่มากกว่ามาก อย่างไรก็ตาม มันแข็งแกร่งกว่าปฏิสัมพันธ์พื้นฐานครั้งที่สี่ซึ่งก็คือแรงโน้มถ่วงมาก อันตรกิริยานี้เป็นจุดอ่อนที่สุดของอันตรกิริยาพื้นฐานที่สังเกตได้จากการทดลองในการสลายตัวของอนุภาคมูลฐาน โดยที่ผลกระทบทางควอนตัมมีความสำคัญโดยพื้นฐาน ไม่เคยมีการสังเกตการแสดงออกทางควอนตัมของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะแยกแยะได้โดยใช้กฎต่อไปนี้: หากอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่านิวตริโน (หรือแอนตินิวตริโน) มีส่วนร่วมในกระบวนการโต้ตอบ ปฏิกิริยานี้ก็จะอ่อนแอ

ตัวอย่างทั่วไปของปฏิกิริยาที่อ่อนแอคือการสลายตัวของบีตาของนิวตรอน

โดยที่ n คือนิวตรอน p คือโปรตอน e- คืออิเล็กตรอน e คืออิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน

อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่ากฎข้างต้นไม่ได้หมายความว่าการกระทำใดๆ ที่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะต้องมาพร้อมกับนิวตริโนหรือแอนตินิวตริโน เป็นที่ทราบกันว่ามีการสลายตัวของนิวตริโนเลสจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น เราสามารถสังเกตกระบวนการสลายตัวของแลมบ์ดาไฮเปอร์รอนเป็น p โปรตอนและไพออนที่มีประจุลบ ตามแนวคิดสมัยใหม่ นิวตรอนและโปรตอนไม่ใช่อนุภาคมูลฐานอย่างแท้จริง แต่ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่าควาร์ก

ความรุนแรงของอันตรกิริยาที่อ่อนแอนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยค่าคงที่ของเฟอร์มีคัปปลิ้ง GF ค่าคงที่ GF เป็นมิติ ในการสร้างปริมาณไร้มิติ จำเป็นต้องใช้มวลอ้างอิงบางส่วน เช่น มวลโปรตอน mp จากนั้นค่าคงที่คัปปลิ้งไร้มิติจะเป็น

จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นมีความเข้มข้นมากกว่าปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงมาก

อันตรกิริยาที่อ่อนนั้นต่างจากอันตรกิริยาโน้มถ่วงคือเป็นอันตรกิริยาระยะสั้น ซึ่งหมายความว่าแรงอ่อนระหว่างอนุภาคจะมีผลเฉพาะเมื่ออนุภาคอยู่ใกล้กันมากพอเท่านั้น หากระยะห่างระหว่างอนุภาคเกินค่าหนึ่งที่เรียกว่ารัศมีลักษณะเฉพาะของการโต้ตอบ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะไม่ปรากฏให้เห็น ได้มีการทดลองแล้วว่ารัศมีลักษณะของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นอยู่ที่ประมาณ 10-15 ซม. นั่นคือปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอนั้นกระจุกตัวอยู่ในระยะทางที่เล็กกว่าขนาดของนิวเคลียสของอะตอม แม้ว่าปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะมีความเข้มข้นอย่างมากภายในนิวเคลียส แต่ก็มีอาการบางอย่างที่มองเห็นด้วยตาเปล่า นอกจากนี้ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอยังมีบทบาทสำคัญในสิ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่รับผิดชอบกลไกการปล่อยพลังงานในดาวฤกษ์ คุณสมบัติที่น่าทึ่งที่สุดของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอคือการมีอยู่ของกระบวนการที่แสดงความไม่สมดุลของกระจก เมื่อมองแวบแรก ดูเหมือนว่าความแตกต่างระหว่างแนวคิดด้านซ้ายและขวานั้นขึ้นอยู่กับอำเภอใจ แท้จริงแล้ว กระบวนการของแรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า และปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นไม่แปรผันตามการผกผันเชิงพื้นที่ ซึ่งทำให้เกิดการสะท้อนของกระจก กล่าวกันว่าในกระบวนการดังกล่าว ความเท่าเทียมกันเชิงพื้นที่ P จะได้รับการอนุรักษ์ไว้ อย่างไรก็ตาม มีการทดลองพบว่ากระบวนการที่อ่อนแอสามารถดำเนินต่อไปได้โดยไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันเชิงพื้นที่ ดังนั้น ดูเหมือนว่าจะสัมผัสได้ถึงความแตกต่างระหว่างซ้ายและขวา ในปัจจุบัน มีหลักฐานเชิงทดลองที่ชัดเจนว่าการไม่อนุรักษ์ความเท่าเทียมกันในปฏิกิริยาที่อ่อนแอนั้นเป็นสากลในธรรมชาติ มันแสดงออกไม่เพียงแต่ในการสลายตัวของอนุภาคมูลฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปรากฏการณ์ทางนิวเคลียร์และแม้แต่อะตอมด้วย ควรรับรู้ว่าความไม่สมมาตรของกระจกเป็นคุณสมบัติของธรรมชาติในระดับพื้นฐานที่สุด

บทความอื่น ๆ :

รัฐ
ในปี พ.ศ. 2475 ได้มีการเสนอแบบจำลองโปรตอน-นิวตรอน อิวาเนนโก-ไฮเซนเบิร์ก นิวเคลียสที่มีประจุเท่ากันและมีมวลต่างกันเรียกว่าไอโซโทป คลอรีนธรรมชาติ 75% 25% นิวเคลียสที่มีเลขมวลเท่ากัน แต่มีประจุต่างกัน...

องค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของ DNA
DNA คือกรดโพลีเบสิกแก่ ซึ่งเป็นเกลืออัลคาไลน์ที่สร้างสารละลายคอลลอยด์โปร่งใสที่มีความหนืดสูงในน้ำ ซึ่งจะแข็งตัวที่ความเข้มข้นมากกว่า 0.25% สารละลาย DNA มีลักษณะพิเศษคือมีความหนืด (โครงสร้าง) ผิดปกติ...

กระบวนการกึ่งไหลลึกสองขั้นตอน
ในถังหมักแรก แบคทีเรียจะขยายตัว เนื้อหาบางส่วนจากถังหมักแรกจะถูกปั๊มไปยังถังหมักที่สอง ซึ่งเป็นการเสร็จสิ้นการหมัก เพิ่มสาโทสดลงในถังหมักตัวแรกและเนื้อหาของส่วนที่สองจะถูกเทออกจนหมด กวี...

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

ฟิสิกส์ได้เคลื่อนตัวไปอย่างช้าๆ เพื่อระบุการมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอทำให้เกิดการสลายตัวของอนุภาค ดังนั้นจึงพบการสำแดงของมันในระหว่างการค้นพบกัมมันตภาพรังสีและการศึกษาการสลายตัวของบีตา (ดู 8.1.5)

การสลายตัวของเบต้าได้เปิดเผยคุณสมบัติที่แปลกประหลาดอย่างยิ่ง ดูเหมือนว่าในการสลายตัวนี้กฎการอนุรักษ์พลังงานถูกละเมิด พลังงานส่วนหนึ่งหายไปที่ไหนสักแห่ง เพื่อ "รักษา" กฎการอนุรักษ์พลังงาน W. Pauli แนะนำว่าในระหว่างการสลายตัวของบีตา อนุภาคอีกชิ้นจะลอยออกไปพร้อมกับอิเล็กตรอน และนำพลังงานที่หายไปไปด้วย มีความเป็นกลางและมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูงผิดปกติซึ่งส่งผลให้ไม่สามารถสังเกตได้ E. Fermi เรียกอนุภาคที่มองไม่เห็นว่า "นิวตริโน"

แต่การทำนายนิวตริโนเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของปัญหา นั่นคือการกำหนดสูตรของมัน จำเป็นต้องอธิบายธรรมชาติของนิวตริโน แต่ก็ยังมีความลึกลับอยู่มาก ความจริงก็คืออิเล็กตรอนและนิวตริโนถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสที่ไม่เสถียร แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าไม่มีอนุภาคดังกล่าวอยู่ภายในนิวเคลียส พวกเขาเกิดขึ้นได้อย่างไร? ปรากฎว่านิวตรอนที่รวมอยู่ในนิวเคลียสถูกปล่อยทิ้งไว้ที่อุปกรณ์ของพวกมันเอง หลังจากนั้นไม่กี่นาทีก็สลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน พลังอะไรทำให้เกิดการแตกสลายเช่นนี้? การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าแรงที่ทราบไม่สามารถทำให้เกิดการแตกสลายดังกล่าวได้ เห็นได้ชัดว่ามันถูกสร้างขึ้นโดยพลังอื่นที่ไม่รู้จัก ซึ่งสอดคล้องกับ "ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ" บางอย่าง

อันตรกิริยาแบบอ่อนจะมีขนาดน้อยกว่าอันตรกิริยาทั้งหมดมาก ยกเว้นอันตรกิริยาแรงโน้มถ่วง หากมีอยู่ ผลกระทบของมันจะถูกบดบังด้วยปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและรุนแรง นอกจากนี้ ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอยังขยายออกไปในระยะทางที่น้อยมาก รัศมีของการโต้ตอบที่อ่อนแอนั้นเล็กมาก (10-16 ซม.) ดังนั้นจึงไม่สามารถส่งผลกระทบไม่เพียงแต่ในขนาดมหภาคเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อวัตถุอะตอมด้วย และจำกัดอยู่เพียงอนุภาคที่ต่ำกว่าอะตอมเท่านั้น นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาที่รุนแรง ปฏิกิริยาที่อ่อนแอจะช้ามาก

เมื่อการค้นพบอนุภาคใต้นิวเคลียร์ที่ไม่เสถียรจำนวนมากเหมือนหิมะถล่ม พบว่าอนุภาคส่วนใหญ่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอมีบทบาทสำคัญมากในธรรมชาติ มันเป็นส่วนสำคัญของปฏิกิริยาแสนสาหัสในดวงอาทิตย์และดวงดาว ทำให้เกิดการสังเคราะห์พัลซาร์ การระเบิดของซูเปอร์โนวา การสังเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีในดวงดาว ฯลฯ