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Fragen Sie Ethan Nr. 5: Schwache Interaktion

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Die Zeit ist wie ein Fluss, der vorbeiziehende Ereignisse trägt, und ihr Lauf ist stark; es wird nur etwas vor deinen Augen erscheinen - und es wurde bereits weggefegt, und du kannst etwas anderes sehen, das auch bald wegtragen wird.

Marcus Aurelius

Jeder von uns ist bestrebt, ein ganzheitliches Bild der Welt zu erstellen, einschließlich eines Bildes des Universums, von den kleinsten subatomaren Teilchen bis zu den größten Maßstäben. Aber die Gesetze der Physik sind manchmal so seltsam und nicht intuitiv, dass diese Aufgabe für diejenigen überwältigend werden kann, die keine professionellen theoretischen Physiker geworden sind.

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Der Leser fragt:
Das ist zwar keine Astronomie, aber vielleicht wirst du es sagen. Eine starke Wechselwirkung wird von Gluonen getragen und bindet Quarks und Gluonen zusammen. Elektromagnetisch wird von Photonen transportiert und bindet elektrisch geladene Teilchen. Die Schwerkraft wird angeblich von Gravitonen getragen und bindet alle Teilchen an die Masse. Das Schwache wird von W- und Z-Partikeln getragen, und ... hängt es mit dem Zerfall zusammen? Warum wird schwache Interaktion so beschrieben? Ist eine schwache Wechselwirkung für die Anziehung und / oder Abstoßung von Partikeln verantwortlich? Und welche? Und wenn nicht, warum ist es dann eine der grundlegenden Wechselwirkungen, wenn es nicht mit irgendwelchen Kräften verbunden ist? Danke.

Lassen Sie uns die Grundlagen sehen. Es gibt vier grundlegende Wechselwirkungen im Universum - Schwerkraft, Elektromagnetismus, starke nukleare Wechselwirkung und schwache nukleare Wechselwirkung.

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Und das alles sind Wechselwirkungen, Kräfte. Für Teilchen, deren Zustand gemessen werden kann, ändert die Anwendung von Kraft ihr Moment - im normalen Leben sprechen wir in solchen Fällen von Beschleunigung. Und für drei dieser Kräfte ist dies so.

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Im Falle der Schwerkraft biegt sich die Gesamtenergiemenge (meistens Masse, aber dies schließt alle Energie ein) Raum-Zeit, und die Bewegung aller anderen Teilchen ändert sich in Gegenwart von allem, was Energie hat. So funktioniert es in der klassischen (Nicht-Quanten-) Gravitationstheorie. Vielleicht gibt es eine allgemeinere Theorie der Quantengravitation, in der Gravitonen ausgetauscht werden, was zu dem führt, was wir als Gravitationswechselwirkung beobachten.

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Bevor Sie fortfahren, verstehen Sie bitte:

  1. Teilchen haben eine Eigenschaft oder etwas inhärentes, das es ihnen ermöglicht, eine bestimmte Art von Kraft zu fühlen (oder nicht zu fühlen)
  2. Andere Partikel, die Wechselwirkungen transportieren, interagieren mit den ersten
  3. Infolge von Wechselwirkungen ändern Partikel das Moment oder beschleunigen


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Beim Elektromagnetismus ist die Haupteigenschaft eine elektrische Ladung. Im Gegensatz zur Schwerkraft kann es positiv oder negativ sein. Ein Photon, eine Teilchen übertragende Wechselwirkung, die mit einer Ladung verbunden ist, führt dazu, dass sich dieselben Ladungen abstoßen und die verschiedenen anziehen.

Es ist erwähnenswert, dass bewegte Ladungen oder elektrische Ströme eine andere Manifestation des Elektromagnetismus erfahren - den Magnetismus. Das gleiche passiert mit der Schwerkraft und wird Gravitomagnetismus (oder Gravitoelektromagnetismus) genannt. Wir werden nicht tiefer gehen - unter dem Strich gibt es nicht nur eine Ladung und einen Kraftträger, sondern auch Ströme.

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Es gibt immer noch eine starke nukleare InteraktionDas hat drei Arten von Gebühren. Obwohl alle Teilchen Energie haben und alle der Schwerkraft ausgesetzt sind und Quarks die Hälfte der Leptonen und ein Paar Bosonen elektrische Ladungen enthalten, haben nur Quarks und Gluonen eine Farbladung und können eine starke nukleare Wechselwirkung erfahren.

Es gibt überall viele Massen, so dass die Schwerkraft leicht zu beobachten ist. Und da die starke Wechselwirkung und der Elektromagnetismus ziemlich stark sind, sind sie auch leicht zu beobachten.

Aber was ist mit letzterem? Schwache Interaktion?

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Wir sprechen normalerweise im Zusammenhang mit dem radioaktiven Zerfall über ihn. Ein schwerer Quark oder Lepton zerfällt in leichte und stabilere. Ja, schwache Interaktion ist relevant. Aber in diesem Beispiel unterscheidet es sich irgendwie von den anderen Kräften.

Es stellt sich heraus, dass schwache Interaktion auch eine Kraft ist, sie sprechen nur selten darüber. Sie ist schwach! 10.000.000-mal schwächer als Elektromagnetismus in einer Entfernung von der Länge eines Protons.

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Ein geladenes Teilchen hat immer eine Ladung, unabhängig davon, ob es sich bewegt oder nicht. Der von ihm erzeugte elektrische Strom hängt jedoch von seiner Bewegung relativ zu anderen Partikeln ab. Strom bestimmt den Magnetismus, der genauso wichtig ist wie der elektrische Teil des Elektromagnetismus. Verbundteilchen wie ein Proton und ein Neutron haben wie ein Elektron signifikante magnetische Momente.

Quarks und Leptonen gibt es in sechs Geschmacksrichtungen. Quarks - oben, unten, seltsam, bezaubert, lieblich, wahr (gemäß ihren lateinischen Bezeichnungen in Latein u, d, s, c, t, b - oben, unten, seltsam, Charme, oben, unten). Leptonen - Elektron, Elektronenneutrino, Myon, Myonneutrino, Tau, Tau-Neutrino. Jeder von ihnen hat eine elektrische Ladung, aber auch einen Duft. Wenn wir Elektromagnetismus und schwache Wechselwirkung kombinieren, um eine elektroschwache Wechselwirkung zu erhalten , hat jedes der Teilchen eine schwache Ladung oder einen schwachen Strom und eine Konstante schwacher Wechselwirkung. All dies ist im Standardmodell beschrieben, aber es war ziemlich schwierig zu überprüfen, da der Elektromagnetismus so stark ist.

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In einem neuen Experiment, dessen Ergebnisse kürzlich veröffentlicht wurdenwurde zunächst der Beitrag einer schwachen Wechselwirkung gemessen. Das Experiment ermöglichte es, die schwache Wechselwirkung der oberen und unteren Quarks

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und die schwachen Ladungen von Proton und Neutron zu bestimmen . Die Vorhersagen des Standardmodells für schwache Ladungen waren wie folgt:

Q W (p) = 0,0710 ± 0,0007,
Q W (n) = -0,9890 ± 0,0007.

Und gemäß den Streuergebnissen ergab das Experiment die folgenden Werte:

Q W (p) = 0,063 ± 0,012,
Q W (n) = -0,975 ± 0,010.

Was sehr gut mit der Theorie übereinstimmt, wenn man den Fehler berücksichtigt. Experimentatoren sagen, dass sie durch die Verarbeitung von mehr Daten den Fehler weiter reduzieren. Und wenn es Überraschungen oder Unstimmigkeiten mit dem Standardmodell gibt, wird es cool! Aber nichts deutet darauf hin:

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Daher haben die Teilchen eine schwache Ladung, aber wir verbreiten uns nicht darüber, da es unrealistisch schwierig ist, sie zu messen. Aber wir haben es trotzdem gemacht und anscheinend haben sie das Standardmodell erneut bestätigt.

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