Kuchsiz oʻzaro taʼsir

Yadro fizikasi va zarrachalar fizikasida kuchsiz oʻzaro taʼsir, koʻpincha kuchsiz yadro kuchi deb ataladi, toʻrtta asosiy oʻzaro taʼsirlar-kuchsiz oʻzaro taʼsir, elektromagnetizm, kuchli o'zaro ta'sir va tortishish kuchlari mavjuddir .Kuchsiz oʻzaro taʼsir turli xil kvarklar orasidagi oʻtishlarni yuzaga keltiradi, yadrolarda nuklanlarning b yemirilishini aniqlaydi.b yemirilishda nuklonni tashkil qilgan uchta kvarkdan bittasi boshqa tur kvarkka oʻtadi va elektronlar hamda antineytrinoni nurlaydi. Bu atomlarning radioaktiv parchalanishi uchun javobgar boʻlgan subatomik zarralar orasidagi oʻzaro taʼsir mexanizmi: kuchsiz oʻzaro taʼsir yadro boʻlinishi va yadro sintezida ishtirok etadi.

Zaif kuchning samarali diapazoni subatomik masofalar bilan cheklangan va proton diametridan kichikroqdir. Kuchsiz oʻzaro taʼsir ham, kuchli o'zaro ta'sir kabi juda yaqin masofada (r=10-18) taʼsir qiladi, taʼsir vaqti (10-9)

Fon 
Zarrachalar fizikasining standart modeli elektromagnit, kuchsiz va kuchli oʻzaro taʼsirlarni tushunish uchun yagona asosni taʼminlaydi. Oʻzaro taʼsir ikki zarracha (odatda, lekin shart emas, yarim butun spin fermionlari) butun-spin, kuch-tashuvchi bozonlarni almashtirganda sodir boʻladi. Bunday almashinuvlarda ishtirok etadigan fermionlar elementar (masalan, elektronlar yoki kvarklar) yoki kompozit (masalan, protonlar yoki neytronlar) boʻlishi mumkin, ammo eng chuqur darajalarda barcha zaif oʻzaro taʼsirlar oxir-oqibat elementar zarralar oʻrtasida boʻladi.

Kuchsiz oʻzaro taʼsirda fermionlar uch turdagi kuch tashuvchilarni almashishi mumkin, . Bu bozonlarning massalari proton yoki neytronning massasidan ancha katta, bu esa kuchsiz kuchning qisqa diapazoniga mos keladi. Darhaqiqat, kuch kuchsiz deb ataladi, chunki uning har qanday belgilangan masofadagi maydon kuchi odatda elektromagnit kuchdan bir necha baravar kichikroq boʻlib, oʻzi kuchli yadro kuchidan kichikroq boʻladi.

Neytronlar va protonlar kabi kompozit zarralarni tashkil etuvchi kvarklar oltita „lazzat“ ga ega. — yuqoriga, pastga, gʻalati, joziba, yuqori va pastki — bu kompozit zarralarga oʻz xususiyatlarini beradi. Kuchsiz oʻzaro taʼsir oʻziga xosdir, chunki u kvarklarga oʻz taʼmini boshqasiga almashtirish imkonini beradi. Ushbu xususiyatlarning almashinuvi kuch tashuvchi bozonlar tomonidan amalga oshiriladi. Masalan, beta-minus parchalanish jarayonida neytron ichidagi pastga kvark yuqori kvarkga aylanadi, bu esa neytronni protonga aylantiradi va natijada elektron va elektron antineytrino emissiyasiga olib keladi. Zaif oʻzaro taʼsirni oʻz ichiga olgan hodisaning yana bir muhim misoli vodorodning geliyga qoʻshilishi boʻlib, u Quyoshning termoyadroviy jarayonini kuchaytiradi.

Koʻpgina fermionlar vaqt oʻtishi bilan kuchsiz oʻzaro taʼsir natijasida parchalanadi. Bunday parchalanish radiokarbonlarni aniqlashga imkon beradi, chunki uglerod-14 azot-14 bilan kuchsiz oʻzaro taʼsir qilish orqali parchalanadi. Bundan tashqari, u tritiy luminesansida va betavoltaiklarning tegishli sohasida keng qoʻllaniladigan radioluminesansni yaratishi mumkin. (lekin shunga oʻxshash radiy luminesans emas).

Ilk koinotning kvark davrida elektromagnit va kuchsiz kuchlarga ajratilgan elektrozaif kuch.

Tarixi 
1933-yilda Enriko Fermi kuchsiz oʻzaro taʼsirning birinchi nazariyasini taklif qildi, bu Fermining oʻzaro taʼsiri deb nomlanadi. U beta-parchalanishni diapazoni boʻlmagan kontakt kuchini oʻz ichiga olgan toʻrt fermion oʻzaro taʼsiri bilan izohlash mumkinligini taklif qildi.

Biroq, u juda qisqa boʻlsa-da, cheklangan diapazonga ega boʻlgan kontaktsiz kuch maydoni sifatida yaxshiroq tasvirlangan. 1960-yillarda Sheldon Glashov, Abdus Salam va Stiven Vaynberg elektromagnit kuch va kuchsiz oʻzaro taʼsirni birlashtirib, ularni bir kuchning ikki jihati ekanligini koʻrsatib, hozir elektrozaif kuch deb ataladi. 1967-yilda S.Vaynberg kuchsiz va elektromagnit oʻzaro taʼsirlarning birlashgan nazariyasini ishlab chiqdi.1970-yilda SH.Gleshov, StivenVaynberg -Abdus Salam nazaryasini rivojlantirdi. Natijada birlashgan nazariya-elektr kuchsiz kuchlar nazaryasi yaratildi.

Xususiyatlari 

Elektr zaryadlangan kuchsiz oʻzaro taʼsir bir qator jihatlarda noyobdir:

 Bu kvark va leptonlarning turini oʻzgartirishi mumkin boʻlgan yagona oʻzaro taʼsir (yaʼni, bir turdagi kvarkni boshqasiga almashtirish).
 Bu paritet simmetriyasini buzadigan yagona oʻzaro taʼsiridir. Bu, shuningdek , zaryad-paritet CP simmetriyasini buzadigan yagona narsa.
 Elektr zaryadlangan va elektr neytral oʻzaro taʼsirlar katta massaga ega boʻlgan kuch tashuvchi zarralar tomonidan vositachilik qiladi (tarqaladi), bu standart modelda Xiggs mexanizmi bilan izohlangan gʻayrioddiy xususiyatdir.

Katta massasi tufayli (taxminan 90 GeV/ c 2) bu tashuvchi zarralar  va  deb ataladi bozonlar qisqa umr koʻradi, umri 10-24 s dan oshmaydi . Taxminan 10-7 −10-6 elektromagnit ulanish konstantasi va  ga teng boʻlgan kuchli oʻzaro taʼsir konstantasi bilan solishtirganda oʻzaro taʼsir 10-2 oraligʻida birikish konstantasiga (oʻzaro taʼsir qanchalik tez-tez sodir boʻlishining koʻrsatkichi) ega; shuning uchun kuchsiz oʻzaro taʼsir intensivlik nuqtai nazaridan „kuchsiz“. Kuchsiz oʻzaro taʼsir juda qisqa samarali diapazonga ega (taxminan 10-17 dan 10-16 gacha). m (0,01 dan 0,1 gacha) fm)) 10 atrofida masofalarda metr (0,001 fm), kuchsiz oʻzaro taʼsir elektromagnit kuchga oʻxshash kattalikdagi intensivlikka ega, ammo bu masofa ortishi bilan eksponent ravishda kamayishni boshlaydi. Taxminan 3  masofada atigi bir yarim marta kattalashtirilgan m, zaif oʻzaro taʼsir 10 000 ga aylanadi marta kuchsizroq.

Kuchsiz oʻzaro taʼsir Standart Modeldagi barcha fermiyonlarga, shuningdek, Higgs bozoniga taʼsir qiladi; neytrinolar faqat tortishish va kuchsiz oʻzaro taʼsir orqali oʻzaro taʼsir qiladi. Kuchsiz oʻzaro taʼsir bogʻlangan holatlarni keltirib chiqarmaydi va u bogʻlanish energiyasini oʻz ichiga olmaydi — Gravitatsiya astronomik miqyosda bajaradigan narsa, elektromagnit kuch molekulyar va atom darajasida va kuchli yadroviy kuch faqat atom osti darajasida, yadrolar ichida.

Uning eng sezilarli taʼsiri birinchi noyob xususiyatga bogʻliq: Zaryadlangan kuchsiz oʻzaro taʼsir zarrachalar fizikasining oʻzgarishiga olib keladi. Masalan, neytron protondan (uning sherigi nuklonidan) ogʻirroq va ikkita pastga kvarkdan birining taʼmini (turini) yuqori kvarkka oʻzgartirib, protonga parchalanishi mumkin. Na kuchli o'zaro ta'sir, na elektromagnetizm lazzatning oʻzgarishiga yoʻl qoʻymaydi, shuning uchun bu faqat kuchsiz parchalanish bilan davom etishi mumkin;kuchsizyemirilishsiz, gʻalatilik va joziba (mos ravishda gʻalati kvark va jozibali kvark bilan bogʻliq) kabi kvark xususiyatlari ham barcha oʻzaro taʼsirlarda saqlanib qoladi.

Barcha mezonlar kuchsiz parchalanish tufayli beqaror (p29)  Beta-parchalanish deb nomlanuvchi jarayonda neytrondagi pastga kvark virtual nur chiqarish orqali yuqori kvarkga aylanishi mumkin. bozon, keyinchalik u elektronga va elektron antineytrinoga aylanadi. (p28) Yana bir misol elektron tutib olishdir — radioaktiv parchalanishning keng tarqalgan varianti — bunda atom ichidagi proton va elektron oʻzaro taʼsir qiladi va neytronga aylanadi (yuqoridagi kvark pastga kvarkga aylanadi) va elektron neytrino chiqariladi.

V.ning katta massasi tufayli kuchsiz oʻzaro taʼsirga bogʻliq boʻlgan bozonlar, zarrachalarning oʻzgarishi yoki parchalanishlari (masalan, lazzat oʻzgarishi) odatda faqat kuchli yoki elektromagnit kuchlarga bogʻliq boʻlgan transformatsiyalar yoki parchalanishlarga qaraganda ancha sekinroq sodir boʻladi.  Masalan, neytral pion elektromagnit parchalanadi va shuning uchun umri atigi 10-16 s teng. . Bundan farqli oʻlaroq, zaryadlangan pion faqat zaif oʻzaro taʼsir orqali parchalanishi mumkin va shuning uchun taxminan 10-8 soniyayashaydi  (p30). Ayniqsa ekstremal misol erkin neytronning kuchsiz kuch parchalanishidir, bu taxminan 15 vaqtni oladi. daqiqa (p28).

Kuchsiz izospin va kuchsiz giper zaryad 
Barcha zarralar kuchsiz izospin ( 3 belgisi) deb ataladigan xususiyatga ega boʻlib, u zarrachaning izospin bilan oʻzaro taʼsirini cheklovchi qoʻshimcha kvant soni boʻlib xizmat qiladi Zaif izospin bilan kuchsiz oʻzaro taʼsirda bir xil rol oʻynaydi. Barcha chap qoʻlli fermionlar kuchsiz izospin qiymatiga ega barcha oʻng qoʻlli fermionlar 0 izospinga ega. Masalan, yuqoriga koʻtarilgan kvark  ega.

Oʻzaro taʼsir turlari 
Kuchsiz oʻzaro taʼsirning ikki turi mavjud (choʻqqilar deb ataladi). Birinchi tur " zaryadlangan tokning oʻzaro taʼsiri " deb ataladi, chunki kuchsiz oʻzaro taʼsir qiluvchi fermionlar umumiy elektr zaryadi nolga teng boʻlmagan oqim hosil qiladi. Ikkinchi tur " neytral-oqim oʻzaro taʼsiri " deb ataladi, chunki zaif oʻzaro taʼsir qiluvchi fermionlar umumiy elektr zaryadi nolga teng boʻlgan oqim hosil qiladi. U neytrinolarning (kamdan-kam) burilishlari uchun javobgardir. Oʻzaro taʼsirning ikki turi turli xil tanlov qoidalariga amal qiladi.

Zaryadlangan oqim oʻzaro taʼsiri 

Zaryadlangan oqim oʻzaro taʼsirining bir turida zaryadlangan lepton (masalan, elektron yoki muon, zaryadi -1 boʻlgan (zaryad +1 boʻlgan zarracha) va shu bilan mos keladigan neytrinoga (zaryati 0) aylanadi, bu yerda neytrinoning turi ("lazzat") (elektron) , muon , yoki tau ) oʻzaro taʼsirdagi lepton turi bilan bir xil, masalan:

 

 

W bozon beqaror, shuning uchun tez parchalanadi, umri juda qisqa. Masalan:

 

Neytronning beta yemirilishi deb ataladigan jarayonda (yuqoridagi rasmga qarang) neytron ichidagi pastga kvark virtual nur chiqaradi.</br> V −</br> bozonga aylanadi va shu bilan yuqori kvarkga aylanadi va neytronni protonga aylantiradi. Jarayonda cheklangan energiya ishtirok etganligi sababli (yaʼni, pastga kvark va yuqori kvark oʻrtasidagi massa farqi) virtual V − Bozon faqat elektron va elektron-antineutrino hosil qilish uchun etarli energiyani olib yurishi mumkin - bu uning istiqbolli parchalanish mahsulotlari orasida eng past boʻlgan ikkita massa. Kvark darajasida jarayonni quyidagicha ifodalash mumkin:

Neytral-oqim oʻzaro taʼsiri 
Neytral oqimning oʻzaro taʼsirida kvark yoki lepton (masalan, elektron yoki muon) bozonini chiqaradi yoki yutadi. Masalan:

Electroweak nazariyasi 
Zarrachalar fizikasining standart modeli elektromagnit oʻzaro taʼsir va kuchsiz oʻzaro taʼsirni bitta elektrozaif oʻzaro taʼsirning ikki xil jihati sifatida tasvirlaydi. Ushbu nazariya taxminan 1968-yilda Sheldon Glashow, Abdus Salam va Stiven Vaynberg tomonidan ishlab chiqilgan va ular 1979-yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻlgan. Xiggs mexanizmi uchta massiv oʻlchovli bozonlarning mavjudligini tushuntiradi.

Elektrozaif nazariyaga koʻra, juda yuqori energiyalarda koinotda Xiggs maydonining toʻrtta komponenti mavjud boʻlib, ularning oʻzaro taʼsiri toʻrtta massasiz oʻlchovli bozonlar tomonidan amalga oshiriladi — har biri fotonga oʻxshash — murakkab skaler Xiggs maydoni dublini hosil qiladi. Xuddi shunday, toʻrtta massasiz elektrozaif bozonlar mavjud. Biroq, past energiyalarda, bu oʻlchov simmetriyasi oʻz-oʻzidan elektromagnetizmning  simmetriyasiga boʻlinadi, chunki Xiggs maydonlaridan biri vakuum kutish qiymatiga ega boʻladi. Oddiy qilib aytganda, simmetriyani buzish uchta massasiz bozonni ishlab chiqarishi kutilgan edi, ammo bu „qoʻshimcha“ uchta Xiggs bozonlari uchta zaif bozonga qoʻshiladi va keyinchalik ular Xiggs mexanizmi orqali massa oladi. Toʻrtinchi elektr zaif oʻlchovli bozon elektromagnetizmning foton () boʻlib, u Xiggs maydonlarining hech biriga qoʻshilmaydi va shuning uchun massasiz qoladi.

2012-yil 4-iyulida Katta adron kollayderidagi CMS va ATLAS eksperimental guruhlari 125 dan 127GeV/  gacha boʻlgan, avval nomaʼlum boʻlgan massa bozonining rasmiy kashfiyotini tasdiqlaganliklarini mustaqil ravishda eʼlon qilishdi.  uning xulq-atvori shu paytgacha Xiggs bozoniga „mos kelardi“ va shu bilan birga, yangi bozonni qandaydir Higgs bozoni ekanligini ijobiy aniqlashdan oldin qoʻshimcha maʼlumotlar va tahlillar zarurligini ehtiyotkorlik bilan qayd etdi.  2013-yil 14-mart oyida Xiggs bozonining mavjudligi taxminiy tasdiqlandi.

Elektr kuchsiz simmetriya buzilishi shkalasi tushirilgan spekulyativ holatda, uzilmagan  oʻzaro taʼsiri oxir-oqibat cheklovchiga aylanadi.  ushbu shkaladan yuqori chegaralangan boʻlgan muqobil modellar miqdoriy jihatdan standart modelga kamroq energiyada oʻxshash koʻrinadi, lekin simmetriya buzilishidan keskin farq qiladi.

Simmetriyaning buzilishi 

Tabiat qonunlari uzoq vaqtdan beri koʻzgu aksi ostida bir xil boʻlib qoladi deb oʻylangan. Oyna orqali koʻrilgan eksperiment natijalari koʻzgu orqali koʻrilgan eksperimental apparatning alohida qurilgan, koʻzguda aks ettirilgan nusxasi natijalari bilan bir xil boʻlishi kutilgan edi. Paritetning saqlanish qonuni deb ataladigan klassik tortishish, elektromagnetizm va kuchli o'zaro ta'sir tufayli hurmat qilinishi maʼlum edi; umuminsoniy qonun deb faraz qilingan edi. Biroq, 1950-yillarning oʻrtalarida Chen-Ning Yang va Tsung-Dao Li kuchsiz oʻzaro taʼsir ushbu qonunni buzishi mumkinligini taxmin qilishdi. 1957-yilda Chien Shiung Vu va uning hamkorlari kuchsiz oʻzaro taʼsir paritetni buzishini aniqladilar va Yang va Li 1957-yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻlishdi.

Kuchsiz oʻzaro taʼsir bir vaqtlar Fermi nazariyasida tasvirlangan boʻlsa-da, paritet buzilishi va renormalizatsiya nazariyasi kashfiyoti yangi yondashuv zarurligini koʻrsatdi. 1957-yilda Robert Marshak va Jorj Sudarshan va birozdan keyin Richard Feynman va Myurrey Gell-Mann V ni taklif qilishdi. − A (vektor minus eksenel vektor yoki chap qoʻlda) zaif oʻzaro taʼsirlar uchun Lagrangian. Bu nazariyada zaif oʻzaro taʼsir faqat chap qoʻl zarrachalariga (va oʻng qoʻl antizarralariga) taʼsir qiladi. Chap qoʻlli zarrachaning oyna aks etishi oʻng qoʻlda boʻlgani uchun, bu paritetning maksimal buzilishini tushuntiradi. V − Z. kashf etilishidan oldin nazariya ishlab chiqilgan bozon, shuning uchun u neytral oqim oʻzaro taʼsiriga kiradigan oʻng qoʻl maydonlarini oʻz ichiga olmaydi.

Biroq, bu nazariya CP birikma simmetriyasini saqlashga imkon berdi. CP paritet P (chapdan oʻngga oʻtish) C zaryad konjugatsiyasi (zarrachalarni antizarrachalar bilan almashtirish) bilan birlashtiradi. 1964-yilda Jeyms Kronin va Val Fitch CP simmetriyasi ham buzilishi mumkinligi toʻgʻrisida aniq dalillar keltirganida, 1964-yilda fiziklar 1980 yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotini qoʻlga kiritganlarida yana hayratda qolishdi. 1973-yilda Makoto Kobayashi va Toshixide Maskava zaif oʻzaro taʼsirda CP buzilishi ikki avloddan koʻproq zarrachalarni talab qilishini koʻrsatdi, oʻsha paytda nomaʼlum uchinchi avlod mavjudligini samarali bashorat qildi. Ushbu kashfiyot ularga 2008-yilgi fizika boʻyicha Nobel mukofotining yarmini taqdim etdi.

Paritet buzilishidan farqli oʻlaroq, CP buzilish faqat kamdan-kam hollarda sodir boʻladi. Hozirgi sharoitda cheklangan boʻlishiga qaramay, bu koinotda antimateriyadan koʻra koʻproq materiya mavjudligiga sabab boʻlgan va shu bilan Andrey Saxarovning bariogenez uchun uchta shartidan birini tashkil qiladi, deb ishoniladi.

Manbalar

Adabiyotlar

Natija