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Pergunte a Ethan No. 5: Interação fraca

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O tempo é como um rio carregando eventos que passam, e seu curso é forte; apenas algo aparecerá diante dos seus olhos - e já foi varrido, e você poderá ver outra coisa que também logo desaparecerá.

Marco Aurélio

Cada um de nós se esforça para criar uma imagem holística do mundo, incluindo uma imagem do Universo, desde as menores partículas subatômicas até as maiores escalas. Mas as leis da física são às vezes tão estranhas e contra-intuitivas que essa tarefa pode se tornar esmagadora para aqueles que não se tornaram físicos teóricos profissionais.

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O leitor pergunta:
Embora isso não seja astronomia, mas talvez você diga. Uma forte interação é realizada pelos glúons e une quarks e glúons. O eletromagnético é transportado por fótons e liga partículas carregadas elétricas. A gravidade é supostamente transportada pelos gravitons e liga todas as partículas à massa. O fraco é carregado pelas partículas W e Z, e ... está relacionado à decomposição? Por que a interação fraca é descrita dessa maneira? A interação fraca é responsável pela atração e / ou repulsão de alguma partícula? E quais? E se não, por que então é uma das interações fundamentais, se não está conectada a nenhuma força? Obrigado.

Vamos ver o básico. Existem quatro interações fundamentais no universo - gravidade, eletromagnetismo, forte interação nuclear e fraca interação nuclear.

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E tudo isso são interações, forças. Para partículas cujo estado pode ser medido, a aplicação da força muda seu momento - na vida cotidiana, nesses casos, estamos falando de aceleração. E para três dessas forças, é assim.

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No caso da gravidade, a quantidade total de energia (principalmente massa, mas isso inclui toda a energia) inclina o espaço-tempo, e o movimento de todas as outras partículas muda na presença de tudo o que tem energia. Por isso, funciona na teoria clássica (não quântica) da gravidade. Talvez exista uma teoria mais geral da gravidade quântica, em que haja uma troca de gravitons, levando ao que observamos como uma interação gravitacional.

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Antes de prosseguir, entenda:

  1. As partículas têm uma propriedade, ou algo inerente a elas, que lhes permite sentir (ou não sentir) um certo tipo de força
  2. Outras partículas que transportam interações interagem com a primeira
  3. Como resultado das interações, as partículas mudam o momento ou aceleram


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No eletromagnetismo, a propriedade principal é uma carga elétrica. Diferentemente da gravidade, ela pode ser positiva ou negativa. Um fóton, uma interação de transferência de partículas associada a uma carga, leva ao fato de que as mesmas cargas se repelem e as diferentes se atraem.

Vale a pena notar que cargas móveis, ou correntes elétricas, experimentam outra manifestação de eletromagnetismo - magnetismo. O mesmo acontece com a gravidade, e é chamado gravitomagnetismo (ou gravitoeletromagnetismo). Nós não iremos mais fundo - o ponto principal é que não há apenas uma carga e uma transportadora de força, mas também correntes.

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Ainda há forte interação nuclearque tem três tipos de cobranças. Embora todas as partículas tenham energia e estejam sujeitas à gravidade, e embora quarks, metade dos leptões e um par de bósons contenham cargas elétricas - apenas quarks e glúons têm uma carga colorida e podem experimentar forte interação nuclear.

Existem muitas massas por toda parte, então a gravidade é fácil de observar. E como a forte interação e o eletromagnetismo são bastante fortes, eles também são fáceis de observar.

Mas e o último? Interação fraca?

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Costumamos falar sobre ele no contexto de decaimento radioativo. Um quark pesado ou lepton se divide em leves e mais estáveis. Sim, interação fraca é relevante. Mas neste exemplo, é de alguma forma diferente do resto das forças.

Acontece que a interação fraca também é uma força, eles raramente falam sobre isso. Ela é fraca! 10.000.000 de vezes mais fraco que o eletromagnetismo à distância do comprimento de um próton.

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Uma partícula carregada sempre tem uma carga, independentemente de se mover ou não. Mas a corrente elétrica criada por ele depende de seu movimento em relação a outras partículas. A corrente determina o magnetismo, que é tão importante quanto a parte elétrica do eletromagnetismo. Partículas compostas como um próton e um nêutron têm momentos magnéticos significativos, como um elétron.

Quarks e leptons vêm em seis sabores. Quarks - superior, inferior, estranho, encantado, adorável, verdadeiro (de acordo com suas designações alfabéticas em latim u, d, s, c, t, b - cima, baixo, estranho, charme, cima, baixo). Léptons - elétron, elétron-neutrino, múon, múon-neutrino, tau, tau-neutrino. Cada um deles tem uma carga elétrica, mas também uma fragrância. Se combinarmos eletromagnetismo e interação fraca para obter uma interação eletrofraca , cada uma das partículas terá uma carga fraca, ou corrente eletrofraca, e uma constante de interação fraca. Tudo isso é descrito no Modelo Padrão, mas era bastante difícil de verificar, pois o eletromagnetismo é muito forte.

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Em um novo experimento, cujos resultados foram publicados recentemente, a contribuição da interação fraca foi medida pela primeira vez. O experimento tornou possível determinar a interação fraca dos quarks superior e inferior

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e as cargas fracas do próton e do nêutron. As previsões do Modelo Padrão para cargas fracas foram as seguintes:

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

E de acordo com os resultados da dispersão, o experimento produziu os seguintes valores:

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

O que coincide muito bem com a teoria, levando em consideração o erro. Os experimentadores dizem que, ao processar mais dados, eles reduzirão ainda mais o erro. E se houver surpresas ou discrepâncias com o modelo padrão, será legal! Mas nada indica isso:

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portanto, as partículas têm uma carga fraca, mas não nos espalhamos, pois é irrealisticamente difícil de medir. Mas fizemos o mesmo e, aparentemente, eles confirmaram novamente o Modelo Padrão.

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