مقدمه
جهان در مجموع از ساختارهای زیر اتمی ساخته شده است، از طرفی ذرات زیر اتمی به چند طریق اساسی برهمکنش دارند. فیزیکدانان بر این باورند که در این برهمکنشهای بین ذرات ، نیروهای بنیادین دخیلند و جهان را به صورتی که می‌بینیم، سامان می‌دهند. به عبارت دیگر ، خصوصیات فیزیکی هر آنچه که در اطراف ما است و کلیه پدیده‌های فیزیکی و اندرکنشهایی (Interaction) که در جهان مقایسه می‌کنیم، نتیجه مستقیم این نیروهای بنیادی هستند. این نیروهای بنیادی عبارتند از:
نیروی گرانشی ،
نیروی ضعیف هسته‌ای ،
نیروی الکترومغناطیسی و
نیروی قوی هسته‌ای.
مقایسه نیروهای بنیادی
هرگاه شدت نیروی قوی هسته‌ای را بر حسب واحدی برابر با یک اختیار کنیم، قدرت نسبی این چهار نیرو به ترتیب زیر خواهد بود:
- نیروی گرانشی: شدت در حدود 39-10
- نیروی ضعیف هسته‌ای یا نیروی رادیواکتیو: شدت در حدود 5-10
- نیروی الکترومغناطیس: شدت در حدود 2-10
- نیروی قوی هسته‌ای:شدت برابر با 1
خصوصیات نیروهای ضعیف هسته‌ای
نیروی ضعیف هسته‌ای دارای برد محدود هست، یعنی در حدود
15-10 سانتیمتر یا کمتر از آن نمود پیدا می‌کند. این فاصله در حدود پهنای هسته کوچکی است که در مرکز هر اتمی وجود دارد. رفتارهایی که توسط ذرات در هسته و بیرون آن به وقوع می‌پیوند و گاهی باید توسط نیروی ضعیف هسته‌ای ، نه نیروی قوی هسته‌ای توصیف شود. به عنوان مثال یک نوترون آزاد ، که دیگر در درون هسته اتمی نیست، نمی‌تواند عمر جاودانی داشته باشد.
یک
نوترون منفرد ، پس از عمر میانگین اندکی کمتر از 15 دقیقه ، یک الکترون و یک ذره دیگر به نام
پادنوترنیو (ضد نوترنیو) گسیل می‌کند و به پروتون تبدیل می‌شود. اما نوترونی در درون هسته چنین تبدیلی را از سر نمی گذارد، مگر اینکه در هسته رادیواکتیو ناپایداری باشد. فیزیکدانان ،
واپاشی نوترون را در قالب گسیل و جذب کوانتومهای میدان توصیف می‌کنند و در نتیجه به یک نیروی بنیادی متوسل می‌شوند. در این مورد ، این نیروی بنیادی ،
نیروی ضعیف خوانده می‌شود. زیرا در درون هسته ، در حدود 1000 بار ضعیفتر از نیروی قوی است.
برهمکنش بین کوارکها از چه نوعی است؟
در داخل هسته سه
کوارک میدان وجود دارند که نیروی ضعیف را انتقال می‌دهند. دو کوارک از این سه کوارک ،
بار الکتریکی دارند. آنها را W- و W+ می‌نامند. سومین حامل نیرو ،
0 Z خوانده می‌شود. بنابراین نیروی ضعیف ممکن است هنگام واپاشی نوترون به پروتون ، بار یک ذره را تغییر دهد و یا ممکن است در برهمکنشهایی شرکت کند که در آن تغییر بار روی نمی‌دهد. هر سه عامل نیروی ضعیف ، ذرات سنگین هستند و جرم هر کدام تقریبا صد برابر جرم پروتون یا نوترون است. پس چگونه یک نوترون می‌تواند یک ذره مجازی W یا Z گسیل کند که بسیار سنگین تر از خودش است و حتی اگر همان ذره را بعدا جذب کند؟ پاسخ در
عدم قطعیت کوانتومی نهفته است.
کاربردها
- در اساس چشمه‌های پلاسمایی حضور دارند.
- این نیروها مکانیزم واکنشهای همجوشی و شکافت هسته‌ای را شامل می‌شوند.
- در واپاشی هسته (واپاشی نوترون و پروتون و ...) و تعیین میزان پایداری آن تاثیر بسزایی دارند.
- ماهیت ذرات بنیادی با مطالعه این برهمکنشها کشف شده‌اند.
- در مطالعات کیهان شناسی از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند.
مباحث مرتبط با عنوان