Rhyngweithiad gwan

Oddi ar Wicipedia
Jump to navigation Jump to search
Mae'r pydredd beta ymbelydrol yn ganlyniad i'r rhyngweithio gwan, sy'n trawsnewid niwtron yn broton, electron, ac electron gwrth-niwtrino.
Data cyffredinol
Enghraifft o'r canlynolrhyngweithiad sylfaenol Edit this on Wikidata

Mewn ffiseg niwclear a ffiseg gronynnau, y rhyngweithio gwan, a elwir hefyd yn aml yn rym gwan neu'n rym niwclear gwan, yw'r mecanwaith rhyngweithio rhwng gronynnau isatomig sy'n gyfrifol am bydredd ymbelydrol atomau. Mae'r rhyngweithio gwan yn cymryd rhan mewn ymholltiad niwclear, ac weithiau gelwir y theori sy'n disgrifio ei ymddygiad a'i heffeithiau yn "flavourdynamics cwantum" ( QFD ). Fodd bynnag, anaml y defnyddir y term QFD, oherwydd fe'i hadnabyddir fel arfer fel "theori electro-wan" (electroweak theory EWT).[1]

Mae ystod effeithiol y grym gwan wedi'i gyfyngu i bellteroedd isatomig, ac mae'n llai na diamedr proton. Mae'n un o'r pedwar rhyngweithiad sylfaenol y gwyddys amdano, sy'n gysylltiedig â grym natur, ochr yn ochr â rhyngweithio cryf, electromagnetiaeth a disgyrchiant .[2]

Cefndir[golygu | golygu cod y dudalen]

Mae'r Model Safonol o ffiseg gronynnau yn darparu fframwaith unffurf ar gyfer deall y rhyngweithiadau electromagnetig, gwan a chryf. Ceir rhyngweithio pan fydd dau ronyn yn cyfnewid cyfanrif-sbin (integer-spin), grym sy'n cario bosons. Gall y ffermiynau sy'n gysylltiedig â chyfnewidiadau o'r fath fod naill ai'n elfennol (ee electronau neu gwarciau) neu'n gyfansawdd (ee protonau neu niwtronau), er ar y lefelau dyfnaf, mae'r holl ryngweithio gwan yn y pen draw rhwng gronynnau elfennol .

Yn y rhyngweithio gwan, gall ffermionau gyfnewid tri math o gludwyr grym, sef W+, W-, a bosonau Z. Mae masau'r bosonau hyn yn llawer mwy na màs proton neu niwtron, sy'n gyson ag ystod fer y grym gwan. Mewn gwirionedd, gelwir y grym yn "wan" oherwydd bod ei gryfder maes (field strength) dros bellter penodol fel rheol tipyn yn llai na grym niwclear cryf neu rym electromagnetig.

Mae cwarciau, sy'n ffurfio gronynnau cyfansawdd fel niwtronau a phrotonau, yn dod mewn chwe "blas" (neu fath) - i fyny, i lawr, rhyfedd, swynol, top a gwaelod - sy'n rhoi priodweddau i'r gronynnau cyfansawdd hynny. Mae'r rhyngweithio gwan yn unigryw yn yr ystyr ei fod yn caniatáu i gwarciau gyfnewid eu blas am un arall. Cyfryngir cyfnewid yr eiddo hynny gan bosonau cludwyr y grym. Er enghraifft, yn ystod pydredd beta minws, mae cwarc i lawr o fewn niwtron yn cael ei newid yn gwarc i fyny, ac felly'n trosi'r niwtron yn broton ac yn arwain at ollwng electron ac electron antiniwtrino. Enghraifft bwysig arall o ffenomen sy'n cynnwys y rhyngweithio gwan yw ymasiad hydrogen i heliwm sy'n pweru proses thermoniwclear yr Haul.

Mae'r rhan fwyaf o ffermionau'n dadfeilio trwy ryngweithio gwan dros amser. Mae pydredd o'r fath yn gwneud dyddio radiocarbon yn bosibl, gan fod carbon-14 yn dadfeilio trwy'r rhyngweithio gwan i nitrogen-14 . Gall hefyd greu ymoleuedd-radio (radioluminescence), a ddefnyddir yn gyffredin mewn goleuo tritiwm, ac ym maes cysylltiedig betavoltaics .[3]

Y rhyngweithio gwan yw'r unig ryngweithio sylfaenol sy'n torri cymesuredd paredd, ac yn yr un modd, yr unig un i dorri cymesuredd paredd gwefr .

Yn ystod cyfnod cyntaf cwarc y bydysawd cynnar, gwahanodd y grym electro-wan i'r grym electromagnetig a'r grym gwan gwan.

Hanes[golygu | golygu cod y dudalen]

Ym 1933, cynigiodd Enrico Fermi theori gyntaf y rhyngweithio gwan, a elwir yn rhyngweithio Fermi . Awgrymodd y gallai pydredd beta gael ei egluro trwy ryngweithio pedwar ffermion, gan gynnwys grym cyswllt heb unrhyw ystod. [4] [5]

Fodd bynnag, mae'n cael ei ddisgrifio'n well fel "maes grym digyswllt" sydd ag ystod gyfyngedig, er ei fod yn fyr iawn.  Yn y 1960au, unodd Sheldon Glashow, Abdus Salam a Steven Weinberg y grym electromagnetig a'r rhyngweithio gwan trwy ddangos eu bod yn ddwy agwedd ar un grym, a elwir bellach yn "rym electro-wan".[6] [7]

Ni chadarnhawyd bodolaeth y bosonau W a Z yn uniongyrchol tan 1983. [8]

Priodweddau[golygu | golygu cod y dudalen]

Diagram yn dangos y llwybrau pydredd oherwydd y rhyngweithio gwan gwefredig a rhywfaint o arwydd o'u tebygolrwydd. Rhoddir dwyster y llinellau gan y paramedrau CKM .

Mae'r rhyngweithio gwan gwefr drydanol yn unigryw mewn sawl ffordd:

  • Dyma'r unig ryngweithio a all newid 'blas' cwarciau (h.y., newid un math o gwarc yn un arall).
  • Dyma'r unig ryngweithio sy'n torri P neu gymesuredd paredd . Dyma hefyd yr unig un sy'n torri paredd-gwefr cymesuredd CP.
  • Mae'r rhyngweithiadau â gwefr drydanol a'r rhyngweithiadau trydan niwtral yn cael eu cyfryngu (lluosogi) gan ronynnau cludwr grym sydd â masau sylweddol, nodwedd anghyffredin sy'n cael ei egluro yn y Model Safonol gan fecanwaith Higgs.

Oherwydd eu màs mawr (tua 90 GeV/c2) mae'r gronynnau cludo hyn, o'r enw "bosonau W a Z", yn fyrhoedlog, gydag oes o dan 10−24 eiliad.[9]) Mae gan y rhyngweithio gwan gysonyn cyplu (dangosydd o gryfder rhyngweithio) sydd rhwng 10 −7 a 10 −6, o'i gymharu â chysondeb cyplu'r rhyngweithio cryf o 1 a'r cysonyn cyplu electromagnetig o tua 10 −2 ; o ganlyniad, mae'r rhyngweithio gwan yn 'wan' o ran cryfder.[10] Mae gan y rhyngweithio gwan ystod fer iawn (tua 10 −17 i 10 −16 m). Ar bellteroedd oddeutu 10 −18 metr, mae gan y rhyngweithio gwan gryfder o faint tebyg i'r grym electromagnetig, ond mae hyn yn dechrau gostwng yn esbonyddol gyda phellter cynyddol. Wedi'i raddio gan un a hanner o gradd maint, ar bellteroedd o oddeutu 3 × 10 −17m, mae'r rhyngweithio gwan yn dod yn 10,000 gwaith yn wannach.[11]

Mae'r rhyngweithio gwan yn effeithio ar holl ffermionau y Model Safonol, yn ogystal â boson Higgs; dim ond trwy ddisgyrchiant a'r rhyngweithio gwan y mae niwtrinos yn rhyngweithio. Nid yw'r rhyngweithio gwan yn cynhyrchu cyflwr rhwymedig, ac nid yw'n cynnwys egni rhwymol ychwaith - rhywbeth y mae disgyrchiant yn ei wneud ar raddfa seryddol, y mae'r grym electromagnetig yn ei wneud ar y lefel atomig, ac mae'r grym niwclear cryf yn ei wneud y tu mewn i niwclysau.[12]

Mae ei effaith fwyaf amlwg oherwydd ei nodwedd unigryw gyntaf: mae'r rhyngweithio gwan â gwefr yn achosi newid blas. Er enghraifft, mae niwtron yn drymach na phroton (partner ei niwcleon), a gall bydru i mewn i broton trwy newid blas (math) un o'i ddau gwarc i lawr i un cwarc i fyny. Nid yw'r rhyngweithio cryf na'r electromagnetiaeth yn caniatáu newid blas, felly mae hyn yn mynd rhagddo trwy bydredd gwan; heb bydredd gwan, byddai priodweddau cwarc fel dieithrwch a swyn (strangeness and charm) sy'n gysylltiedig â'r cwarciau Rhyfedd a chwarciau swyn, yn y drefn honno, hefyd yn cael eu gwarchod ar draws yr holl ryngweithio.

Mae pob meson yn ansefydlog oherwydd pydredd gwan.[13] Yn y broses a elwir yn "ddadfeiliad beta", gall cwarc i lawr yn y niwtron newid yn gwarc i fyny trwy allyrru rhithwir W − boson sydd wedyn yn cael ei drawsnewid yn electron ac yn electron gwrth-niwtrino. Enghraifft arall yw 'dal electronau', amrywiad cyffredin o bydredd ymbelydrol, lle mae proton ac electron o fewn atom yn rhyngweithio, ac yn cael eu newid i niwtron (mae cwarc i fyny yn cael ei newid i gwarc i lawr) ac mae electron niwtrino yn cael ei ollwng.

Oherwydd masau mawr bosonau W, trawsnewidiadau gronynnau neu bydredd (ee, newid blas) sy'n dibynnu ar y rhyngweithio gwan, mae fel arfer yn digwydd yn llawer arafach na thrawsnewidiadau neu bydredd sy'n dibynnu ar y grymoedd cryf neu electromagnetig yn unig. Er enghraifft, mae pion niwtral yn dadfeilio'n electromagnetig, ac felly mae ganddo fywyd o ddim ond tua 10 −16 o eiliadau. Mewn cyferbyniad, dim ond trwy'r rhyngweithio gwan y gall pion gwefredig bydru, ac felly mae'n byw tua 10 −8 o eiliadau, neu gan miliwn o weithiau'n hirach na phion niwtral.[14] Enghraifft arbennig o eithafol yw pydredd grym gwan niwtron rhydd, sy'n cymryd tua 15 munudau.[15]

Cyfeiriadau[golygu | golygu cod y dudalen]

  1. Griffiths, David (2009). Introduction to Elementary Particles. tt. 59–60. ISBN 978-3-527-40601-2.
  2. Schwinger, Julian (1957-11-01). "A theory of the fundamental interactions" (yn en). Annals of Physics 2 (5): 407–434. doi:10.1016/0003-4916(57)90015-5. ISSN 0003-4916. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003491657900155.
  3. "The Nobel Prize in Physics 1979: Press Release". NobelPrize.org. Nobel Media. Cyrchwyd 22 March 2011.
  4. Fermi, Enrico (1934). "Versuch einer Theorie der β-Strahlen. I". Zeitschrift für Physik A 88 (3–4): 161–177. Bibcode 1934ZPhy...88..161F. doi:10.1007/BF01351864.
  5. Wilson, Fred L. (December 1968). "Fermi's Theory of Beta Decay". American Journal of Physics 36 (12): 1150–1160. Bibcode 1968AmJPh..36.1150W. doi:10.1119/1.1974382.
  6. "Steven Weinberg, Weak Interactions, and Electromagnetic Interactions". Archifwyd o'r gwreiddiol ar 2016-08-09.
  7. "1979 Nobel Prize in Physics". Nobel Prize. Archifwyd o'r gwreiddiol ar 6 July 2014.
  8. Cottingham & Greenwood (1986, 2001), p. 8
  9. Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics: Quarks". Journal of Physics G 33 (1): 1–1232. arXiv:astro-ph/0601168. Bibcode 2006JPhG...33....1Y. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. http://pdg.lbl.gov/2006/tables/qxxx.pdf.
  10. Peter Watkins (1986). Story of the W and Z. Cambridge: Cambridge University Press. t. 70. ISBN 978-0-521-31875-4.
  11. "Electroweak". The Particle Adventure. Particle Data Group. Cyrchwyd 3 March 2011.
  12. Walter Greiner; Berndt Müller (2009). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. t. 2. ISBN 978-3-540-87842-1.
  13. Cottingham & Greenwood (1986, 2001), tud. 29.
  14. Cottingham & Greenwood (1986, 2001), p. 30
  15. Cottingham & Greenwood (1986, 2001), tud. 28