Heikko vuorovaikutus

Heikko vuorovaikutus eli heikko ydinvoima on yksi neljästä perusvuorovaikutuksesta. Muut ovat gravitaatio eli painovoima, sähkömagneettinen vuorovaikutus ja vahva vuorovaikutus eli vahva ydinvoima.

Ominaisuuksia 
Heikolle vuorovaikutukselle ominainen piirre on se, että se pystyy vaihtamaan hiukkasen toiseksi. Ensimmäinen havaittu heikon vuorovaikutuksen ilmiö oli beetahajoaminen, jolle Enrico Fermi kehitti niin kutsuttuihin heikkoihin virtoihin perustuvan teoreettisen kuvauksen 1930-luvulla. Tätä teoriaa pidetään ensimmäisenä mallina heikosta vuorovaikutuksesta. Sittemmin on löydetty paljon muitakin heikon vuorovaikutuksen alaisia reaktioita. Heikon vuorovaikutuksen tuntevat kaikki leptonit ja kvarkit mukaan luettuna neutriinot, jotka eivät mahdollista pientä gravitaatiovuorovaikutusta lukuun ottamatta muulla tapaa vuorovaikuta.

Erikoisena piirteenä heikko voima rikkoo niin kutsutun pariteetti- eli P-symmetrian. Tämä tarkoittaa, että heikon vuorovaikutuksen ohjaamat reaktiot eivät ole symmetrisiä avaruuden peilauksissa. Kokeellisesti on myös osoittautunut, että P-symmetrian rikkoutuessa rikkoutuu myös niin kutsuttu varauskonjugaatio- eli C-symmetria, joka kuvaa hiukkasen vaihtamista antihiukkasekseen. Käytännössä tämä tarkoittaa, että hiukkanen ja antihiukkanen eroavat toisistaan. Kuitenkin nämä yhdessä eli CP-symmetria näyttää säilyvän. CP-symmetriassa ilmiö on samanlainen, jos hiukkaset korvataan antihiukkasillaan ja tilannetta katsotaan peilattuna.

Vuonna 1964 havaittiin CP-symmetrian rikkoutuvan pienessä osassa kaonien hajoamisia.

Välittäjähiukkaset 

Hiukkasfysiikan standardimallin mukaan perusvuorovaikutukset siirtyvät välittäjähiukkasten (mittabosonien) kuljettamana, joita on heikolla vuorovaikutuksella kolmenlaisia. Kaksi W-bosonia, sähkövaraukseltaan positiivinen ja negatiivinen, sekä yksi sähköisesti neutraali Z-bosoni. Näitä hiukkasia kutsutaan myös yhteisnimellä välibosoneiksi.  Näillä bosoneilla on hiukkasfysiikan skaalassa suuri massa: W-bosoneilla noin 80 GeV/c2 ja Z-bosonilla noin 91 GeV/c2. Bosonien suuren massan takia heikon vuorovaikutuksen kantama on hyvin lyhyt, noin 10-17 m.

Fotonin tapaan myös välibosonit esiintyvät vapaina hiukkasina, joskin niiden elinaika on erittäin lyhyt.

Sähköheikko vuorovaikutus 

Sähkömagneettista vuorovaikutusta välittävän fotonin tapaan myös välibosonit ovat spin 1 -hiukkasia ja molempia vuorovaikutuksia voidaan kuvata eräänlaisten virtojen avulla. 1960-luvulla Sheldon Glashow, Steven Weinberg ja Abdus Salam onnistuivatkin yhdistämään sähkömagneettiset ja heikon voiman aiheuttamat ilmiöt yhteen mittakenttäteoriaan, jota kutsutaan sähköheikoksi teoriaksi. Teoriaan liittyvä spontaani symmetriarikko on keskeinen syy Higgsin bosonin keksimiselle.

Lähteet

Aiheesta muualla
 Heikko vuorovaikutus 
 SLAC – Weak Interaction

Hiukkasfysiikan standardimalli
Perusvuorovaikutukset
Seulonnan keskeiset artikkelit