Nositeľmi slabej interakcie sú vektor bozóny W + , W− a Z 0 . V tomto prípade sa rozlišuje interakcia takzvaných nabitých slabých prúdov a neutrálnych slabých prúdov. Interakcia nabitých prúdov (za účasti nabitých bozónov W± ) vedie k zmene nábojov častíc a premene niektorých leptónov a kvarkov na iné leptóny a kvarky. Interakcia neutrálnych prúdov (za účasti neutrálneho bozónu Z 0 ) nemení náboje častíc a premieňa leptóny a kvarky na rovnaké častice.
Encyklopedický YouTube
-
1 / 5
Pomocou Pauliho hypotézy vyvinul Enrico Fermi v roku 1933 prvú teóriu beta rozpadu. Zaujímavé je, že jeho prácu odmietli publikovať v časopise Príroda, odvolávajúc sa na prílišnú abstraktnosť článku. Fermiho teória je založená na použití metódy sekundárnej kvantizácie, podobnej tej, ktorá sa už v tom čase používala na procesy emisie a absorpcie fotónov. Jednou z myšlienok, ktoré v práci zazneli, bolo aj tvrdenie, že častice emitované z atómu v ňom pôvodne neboli obsiahnuté, ale zrodili sa v procese interakcie.
Dlho sa verilo, že zákony prírody sú symetrické vzhľadom na zrkadlový odraz, to znamená, že výsledok každého experimentu by mal byť rovnaký ako výsledok experimentu uskutočneného na zrkadlovo symetrickej inštalácii. Táto symetria vzhľadom na priestorovú inverziu (ktorá sa zvyčajne označuje ako P) súvisí so zákonom ochranou parity . Avšak v roku 1956, zatiaľ čo teoreticky zvažovali proces rozpadu K-mezónu, Yang Zhenning a Li Zongdao navrhli, že slabá interakcia nemusí dodržiavať tento zákon. Už v roku 1957 skupina Wu Jiansonga potvrdila túto predpoveď v experimente s beta rozpadom, ktorý Yangovi a Li vyniesol v roku 1957 Nobelovu cenu za fyziku. Neskôr sa rovnaký fakt potvrdil aj pri rozpade miónu a iných častíc.
Na vysvetlenie nových experimentálnych faktov vyvinuli v roku 1957 Murray Gell-Mann, Richard Feynman, Robert Marshak a George Sudarshan univerzálnu teóriu slabej interakcie štyroch fermónov, tzv. V − A- teória.
V snahe zachovať maximálnu možnú symetriu interakcií L. D. Landau v roku 1957 navrhol, že hoci P-symetria sa narúša v slabých interakciách, treba v nich zachovať kombinovanú symetriu CP- kombinácia zrkadlového odrazu a nahradenia častíc antičasticami. V roku 1964 však James-Cronin a Wahl-Fitch našli slabé porušenie v rozklade neutrálnych kaónov. CP- parita. Za toto porušenie sa ukázala aj slabá interakcia, navyše teória v tomto prípade predpovedala, že okrem dovtedy známych dvoch generácií kvarkov a leptónov by mala existovať ešte minimálne jedna generácia. Táto predpoveď bola potvrdená najskôr v roku 1975 objavom leptónu tau a potom v roku 1977 objavom kvarku b. Cronin a Fitch dostali v roku 1980 Nobelovu cenu za fyziku.
Vlastnosti
Všetky základné fermióny (leptóny a kvarky) sa zúčastňujú slabej interakcie. Toto je jediná interakcia, na ktorej sa podieľajú neutrína (okrem gravitácie, ktorá je v laboratóriu zanedbateľná), čo vysvetľuje kolosálnu penetračnú silu týchto častíc. Slabá interakcia umožňuje leptónom, kvarkom a ich antičasticiam vymieňať si energiu, hmotnosť, elektrický náboj a kvantové čísla – teda premieňať sa navzájom.
Slabá sila dostala svoj názov podľa skutočnosti, že jej charakteristická intenzita je oveľa nižšia ako intenzita elektromagnetizmu. Vo fyzike elementárnych častíc je intenzita interakcie zvyčajne charakterizovaná rýchlosťou procesov spôsobených touto interakciou. Čím rýchlejšie procesy prebiehajú, tým vyššia je intenzita interakcie. Pri energiách interagujúcich častíc rádovo 1 GeV je charakteristická rýchlosť procesov v dôsledku slabej interakcie asi 10 -10 s, čo je približne o 11 rádov vyššie ako pri elektromagnetických procesoch, to znamená, že slabé procesy sú extrémne pomalé procesy. .
Ďalšou charakteristikou intenzity interakcie je dĺžka voľnej dráhy častíc v látke. Takže na zastavenie lietajúceho hadróna v dôsledku silnej interakcie je potrebná železná doska s hrúbkou niekoľkých centimetrov. A neutríno, ktoré sa podieľa len na slabej interakcii, môže preletieť cez dosku hrubú miliardy kilometrov.
Okrem iného má slabá interakcia veľmi malý akčný rádius - asi 2·10 -18 m (to je približne 1000-krát menší ako veľkosť jadra). Práve z tohto dôvodu, napriek tomu, že slabá interakcia je oveľa intenzívnejšia ako gravitačná, ktorej dosah je neobmedzený, hrá citeľne menšiu úlohu. Napríklad aj pre jadrá nachádzajúce sa vo vzdialenosti 10 −10 m je slabá interakcia slabšia nielen elektromagnetická, ale aj gravitačná.
V tomto prípade intenzita slabých procesov silne závisí od energie interagujúcich častíc. Čím vyššia energia, tým vyššia intenzita. Napríklad v dôsledku slabej interakcie sa neutrón, ktorého uvoľnenie energie pri beta rozpade je približne 0,8 MeV, rozpadá za približne 10 3 s a Λ-hyperón s uvoľnením energie približne stokrát väčším už za 10 −10 s. To isté platí pre energetické neutrína: prierez pre interakciu s nukleónom neutrína s energiou 100 GeV je o šesť rádov väčší ako prierez neutrína s energiou asi 1 MeV. Avšak pri energiách rádovo niekoľko stoviek GeV (v ťažiskovej sústave kolidujúcich častíc) sa intenzita slabej interakcie stáva porovnateľnou s energiou elektromagnetickej interakcie, v dôsledku čoho ich možno popísať jednotným spôsobom ako elektroslabá interakcia.
Slabá interakcia je jediná zo základných interakcií, pre ktorú neplatí zákon konzervačná parita, čo znamená, že zákony, podľa ktorých sa slabé procesy riadia, sa menia, keď sa systém zrkadlí. Porušenie zákona zachovania parity vedie k tomu, že slabej interakcii sú vystavené iba ľavé častice (ktorých rotácia smeruje opačne k hybnosti), ale nie tie pravé (ktorých rotácia je spoluriadená s hybnosťou), a naopak: pravé antičastice interagujú slabým spôsobom, ale ľavé sú inertné.
Okrem priestorovej parity slabá interakcia nezachováva ani kombinovanú paritu priestorového náboja, to znamená, že jediná známa interakcia porušuje princíp CP- invariantnosť.
Teoretický popis
Fermiho teória
Prvú teóriu slabej interakcie vyvinul Enrico Fermi v 30. rokoch 20. storočia. Jeho teória je založená na formálnej analógii medzi procesom β-rozpadu a elektromagnetickými procesmi emisie fotónov. Fermiho teória je založená na interakcii takzvaných hadrónových a leptónových prúdov. V tomto prípade sa na rozdiel od elektromagnetizmu predpokladá, že ich interakcia má kontaktný charakter a neznamená prítomnosť nosiča podobného fotónu. V modernej notácii interakciu medzi štyrmi hlavnými fermiónmi (protón, neutrón, elektrón a neutríno) opisuje operátor tvaru
G F 2 p ¯ ^ n ^ ⋅ e ¯ ^ ν ^ (\displaystyle (\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\klobúk (\overline (p)))(\klobúk (n) )\cdot (\klobúk (\overline (e)))(\klobúk (\nu ))),kde G F (\displaystyle G_(F))- takzvaná Fermiho konštanta, ktorá sa číselne rovná približne 10 -48 J/m³ alebo 10 − 5 / m p 2 (\displaystyle 10^(-5)/m_(p)^(2)) (m p (\displaystyle m_(p))- hmotnosť protónu) v jednotkách, kde ℏ = c = 1 (\displaystyle \hbar =c=1); p ¯ ^ (\displaystyle (\klobúk (\overline (p))))- operátor tvorby protónov (alebo antiprotónová anihilácia), n ^ (\displaystyle (\hat(n)))- operátor anihilácie neutrónov (tvorba antineutrónu), e ¯ ^ (\displaystyle (\klobúk (\overline (e))))- operátor tvorby elektrónov (anihilácia pozitrónov), ν ^ (\displaystyle (\klobúk (\nu )))- operátor anihilácie neutrín (generácia antineutrín).
Práca p ¯ ^ n ^ (\displaystyle (\klobúk (\overline (p)))(\klobúk (n))), zodpovedný za premenu neutrónu na protón, sa nazýval nukleónový prúd a e ¯ ^ ν ^ , (\displaystyle (\klobúk (\overline (e)))(\klobúk (\nu )),) premenou elektrónu na neutríno - leptón. Predpokladá sa, že tieto prúdy, podobne ako elektromagnetické prúdy, sú 4-vektorové p ¯ ^ γ μ n ^ (\displaystyle (\klobúk (\overline (p)))\gamma _(\mu )(\klobúk (n))) a e ¯ ^ γ μ ν ^ (\displaystyle (\klobúk (\overline (e)))\gamma _(\mu )(\klobúk (\nu ))) (γ μ , μ = 0 … 3 (\displaystyle \gamma _(\mu ),~\mu =0\dots 3)- Diracove matice). Preto sa ich interakcia nazýva vektorová.
Podstatný rozdiel medzi slabými prúdmi zavedenými Fermim a elektromagnetickými prúdmi je v tom, že menia náboj častíc: z kladne nabitého protónu sa stáva neutrálny neutrón a zo záporne nabitého elektrónu sa stáva neutrálne neutríno. V tomto ohľade sa tieto prúdy nazývajú nabíjané prúdy.
Univerzálna teória V-A
Univerzálna teória slabej interakcie, tiež tzv V-A-teória, bola navrhnutá v roku 1957 M. Gell-Mann, R. Feynman, R. Marshak a J. Sudarshan. Táto teória zohľadnila nedávno preukázaný fakt porušenia parity ( P-symetrie) v prípade slabej interakcie. Na tento účel boli slabé prúdy reprezentované ako súčet vektorového prúdu V a axiálne A(odtiaľ názov teórie).
Vektorové a axiálne prúdy sa pri Lorentzových transformáciách správajú úplne rovnako. Počas priestorovej inverzie je však ich správanie odlišné: vektorový prúd zostáva počas takejto transformácie nezmenený, zatiaľ čo axiálny prúd mení znamienko, čo vedie k porušeniu parity. Okrem toho prúdy V a A sa líšia v takzvanej parite náboja (porušenie C-symetria).
Podobne hadrónový prúd je súčtom kvarkových prúdov všetkých generácií ( u- vrch, d- spodok, c- očarený s- zvláštne, t- pravda, b- krásne kvarky):
u ^ d ′ ^ + c ¯ ^ s ′ ^ + t ¯ ^ b ′ ^ . (\displaystyle (\klobúk (\overline (u)))(\klobúk (d^(\prime )))+(\klobúk (\overline (c)))(\klobúk (s^(\prime ))) +(\klobúk (\overline (t)))(\klobúk (b^(\prime ))).)Na rozdiel od leptónového prúdu tu však operátori d ′ ^ , (\displaystyle (\hat (d^(\prime ))),) s ′ ^ (\displaystyle (\klobúk (s^(\prime )))) a b ′ ^ (\displaystyle (\klobúk (b^(\prime )))) sú lineárnou kombináciou operátorov d ^ , (\displaystyle (\klobúk (d)),) s ^ (\displaystyle (\klobúk(y))) a b ^ , (\displaystyle (\klobúk (b)),) to znamená, že hadrónový prúd obsahuje celkovo nie tri, ale deväť členov. Tieto výrazy možno kombinovať do jednej matice 3×3 nazývanej Cabibbo – Kobayashi – Maskawa matica. Táto matica môže byť parametrizovaná tromi uhlami a fázovým faktorom. Ten druhý charakterizuje stupeň porušenia CP-invariantnosť v slabej interakcii.
Všetky členy v nabíjanom prúde sú súčtom vektorových a axiálnych operátorov s multiplikátormi rovnými jednej.
L = G F 2 j w ^ j w † ^ , (\displaystyle (\mathcal (L))=(\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\hat (j_(w)))(\ klobúk (j_(š)^(\dagger ))),)kde j w ^ (\displaystyle (\hat (j_(w)))) je spoplatneným súčasným operátorom a j w † ^ (\displaystyle (\klobúk (j_(w)^(\dagger ))))- konjugovaný s ním (získaný nahradením e ¯ ^ ν e ^ → ν e ¯ ^ e ^ , (\displaystyle (\klobúk (\overline (e)))(\klobúk (\nu _(e)))\rightarrow (\klobúk (\overline (\ nu _(e))))(\hat (e)),) u ¯ ^ d ^ → d ¯ ^ u ^ (\displaystyle (\klobúk (\overline (u)))(\klobúk (d))\rightarrow (\klobúk (\overline (d)))(\klobúk (u ))) atď.)
Teória Weinberg - Salam
V modernej forme je slabá interakcia opísaná ako súčasť jedinej elektroslabej interakcie v rámci Weinberg-Salamovej teórie. Toto je kvantová teória poľa s meracou skupinou SU(2)× U(1) a spontánne narušená symetria vákuového stavu spôsobená pôsobením poľa Higgsovho bozónu. Dôkaz o renormalizovateľnosti takéhoto modelu od Martinus Veltmana a Gerarda "t Hoofta bol ocenený v roku 1999 Nobelovou cenou za fyziku.
V tejto podobe je teória slabej interakcie zahrnutá do moderného štandardného modelu a je to jediná interakcia, ktorá narúša symetrie. P a CP .
Podľa teórie elektroslabej interakcie slabá interakcia nie je kontakt, ale má svoje vlastné nosiče - vektorové bozóny. W + , W− a Z 0 s nenulovou hmotnosťou a spinom rovným 1. Hmotnosť týchto bozónov je asi 90 GeV/s², čo spôsobuje malý rozsah slabých síl.
V tomto prípade nabité bozóny W± sú zodpovedné za interakciu nabitých prúdov a existenciu neutrálneho bozónu Z 0 znamená tiež existenciu neutrálnych prúdov. Takéto prúdy boli skutočne objavené experimentálne. Príkladom interakcie s ich účasťou je najmä elastický rozptyl neutrína protónom. Pri takýchto interakciách sa zachová typ častíc aj ich náboj.
Na opis interakcie neutrálnych prúdov musí byť Lagrangian doplnený o výraz formy
L = G F ρ 2 2 f 0 ^ f 0 ^ , (\displaystyle (\mathcal (L))=(\frac (G_(F)\rho )(2(\sqrt (2))))(\hat ( f_(0)))(\klobúk (f_(0))),)kde ρ je bezrozmerný parameter, ktorý sa v štandardnej teórii rovná jednote (experimentálne sa líši od jednoty najviac o 1 %), f 0 ^ = ν e ¯ ^ ν e ^ + ⋯ + e ¯ ^ e ^ + ⋯ + u ¯ ^ u ^ + … (\displaystyle (\hat (f_(0)))=(\hat (\overline ( \nu _(e))))(\klobúk (\nu _(e)))+\bodky +(\klobúk (\podčiarknuté (e)))(\klobúčik (e))+\bodky +(\klobúk (\overline (u)))(\klobúk (u))+\bodky)- samoadjunktný neutrálny prúdový operátor.
Na rozdiel od nabitých prúdov je operátor neutrálneho prúdu diagonálny, to znamená, že prekladá častice do seba a nie do iných leptónov alebo kvarkov. Každý z členov neutrálneho prúdového operátora je súčtom vektorového operátora s multiplikátorom a axiálneho operátora s multiplikátorom I 3 − 2 Q sin 2 θ w (\displaystyle I_(3)-2Q\sin ^(2)\theta _(w)), kde I 3 (\displaystyle I_(3))- tretia projekcia slabého tzv
Slabá interakcia
Silná interakcia
Silná interakcia je krátkeho dosahu. Jeho akčný rádius je asi 10-13 cm.
Častice zapojené do silnej interakcie sa nazývajú hadróny. V bežnej stabilnej látke pri nie príliš vysokej teplote nespôsobuje silná interakcia žiadne procesy. Jeho úlohou je vytvárať silnú väzbu medzi nukleónmi (protónmi a neutrónmi) v jadrách. Väzbová energia je v priemere asi 8 MeV na nukleón. V tomto prípade pri zrážkach jadier alebo nukleónov s dostatočne vysokou energiou (rádovo stovky MeV) vedie silná interakcia k početným jadrovým reakciám: štiepenie jadier, transformácia niektorých jadier na iné atď.
Počnúc energiami kolidujúcich nukleónov rádovo niekoľko stoviek MeV vedie silná interakcia k produkcii P-mezónov. Pri ešte vyšších energiách sa rodia K-mezóny a hyperóny a mnohé mezónové a baryónové rezonancie (rezonancie sú krátkodobé excitované stavy hadrónov).
Zároveň sa ukázalo, že nie všetky častice zažívajú silnú interakciu. Zažívajú ho protóny a neutróny, ale elektróny, neutrína a fotóny mu nepodliehajú. Na silnej interakcii sa zvyčajne zúčastňujú iba ťažké častice.
Bolo ťažké vyvinúť teoretické vysvetlenie povahy silnej interakcie. Prelom bol načrtnutý až začiatkom 60. rokov, keď bol navrhnutý kvarkový model. V tejto teórii sa neutróny a protóny nepovažujú za elementárne častice, ale za kompozitné systémy postavené z kvarkov.
Silné interakčné kvantá sú osem gluónov. Gluóny dostali svoj názov z anglického slova lepidlo (lepidlo), pretože sú zodpovedné za uväznenie kvarkov. Zvyšné hmotnosti gluónov sú rovné nule. Gluóny majú zároveň farebný náboj, vďaka ktorému sú schopné vzájomnej interakcie, ako sa hovorí, samočinného pôsobenia, čo vedie k ťažkostiam pri matematickom opise silnej interakcie v dôsledku jej nelineárnosti.
Jeho akčný rádius je menší ako 10-15 cm Slabá interakcia je o niekoľko rádov slabšia ako nielen silná, ale aj elektromagnetická. Zároveň je oveľa silnejší ako ten gravitačný v mikrokozme.
Prvý objavený a najrozšírenejší proces spôsobený slabou interakciou je rádioaktívny b-rozpad jadier.
Hostené na ref.rf
Tento typ rádioaktivity objavil v roku 1896 A.A. Becquerel.em. V procese rádioaktívneho elektronického / b - - / rozpadu sa jedného z neutrónov / n/ atómové jadro sa mení na protón / R/ s emisiou elektrónov / e-/ a elektronické antineutrino //:n® p + e-+
V procese rozpadu pozitrónu /b + -/ dochádza k prechodu:
p® n + e++
V prvej teórii b-rozpadu, ktorú v roku 1934 vytvoril E. Fermi, na vysvetlenie tohto javu bolo potrebné zaviesť hypotézu o existencii špeciálneho typu síl krátkeho dosahu, ktoré spôsobujú prechod
n® p + e-+
Ďalší výskum ukázal, že interakcia zavedená Fermim má univerzálny charakter.
Hostené na ref.rf
Spôsobuje rozpad všetkých nestabilných častíc, ktorých hmotnosti a pravidlá výberu pre kvantové čísla nedovoľujú rozpad v dôsledku silnej alebo elektromagnetickej interakcie. Slabá interakcia je vlastná všetkým časticiam okrem fotónov. Charakteristický čas procesov slabej interakcie pri energiách rádovo 100 MeV je o 13-14 rádov dlhší ako charakteristický čas pre silnú interakciu.Slabé interakčné kvantá sú tri bozóny - W + , W − , Z°- bozóny. Horné indexy označujú znak elektrického náboja týchto kvánt. Kvantá slabej interakcie majú značnú hmotnosť, čo vedie k tomu, že slabá interakcia sa prejavuje na veľmi krátke vzdialenosti.
Je potrebné vziať do úvahy, že dnes sú už slabé a elektromagnetické interakcie spojené do jednej teórie. Existuje množstvo teoretických schém, v ktorých sa pokúšame vytvoriť jednotnú teóriu všetkých typov interakcií. Tieto schémy však ešte nie sú dostatočne vyvinuté na to, aby mohli byť experimentálne testované.
26. Stavebná fyzika. Korpuskulárny prístup k opisu a vysvetľovaniu prírody. Redukcionizmus
Predmetom štruktúrnej fyziky sú prvky štruktúry hmoty (napr. molekuly, atómy, elementárne častice) a ich zložitejšie formovanie. Toto je:
1) plazma - je to plyn, v ktorom je podstatná časť molekúl alebo atómov ionizovaná;
2) kryštály- sú to pevné látky, v ktorých sú atómy alebo molekuly usporiadané a tvoria periodicky sa opakujúcu vnútornú štruktúru;
3) kvapaliny- ide o stav agregácie hmoty, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ v sebe spája znaky pevného skupenstva (zachovanie objemu, určitá pevnosť v ťahu) a plynného skupenstva (variabilita tvaru).
Kvapaliny sa vyznačujú:
a) poriadok krátkeho dosahu v usporiadaní častíc (molekuly, atómy);
b) malý rozdiel v kinetickej energii tepelného pohybu a ich potenciálnej energii interakcie.
4) hviezdy,ᴛ.ᴇ. žeravé plynové (plazmové) gule.
Pri zvýrazňovaní štruktúrnych rovníc hmoty sa používajú tieto kritériá:
Priestorové rozmery: častice rovnakej úrovne majú priestorové rozmery rovnakého rádu (napríklad všetky atómy majú rozmery rádovo 10 -8 cm);
Čas procesov: na jednej úrovni je to približne rovnaké poradie;
Objekty rovnakej úrovne pozostávajú z rovnakých prvkov (napríklad všetky jadrá pozostávajú z protónov a neutrónov);
Zákony, ktoré vysvetľujú procesy na jednej úrovni, sú kvalitatívne odlišné od zákonov, ktoré vysvetľujú procesy na inej úrovni;
Objekty rôznych úrovní sa líšia v základných vlastnostiach (napríklad všetky atómy sú elektricky neutrálne a všetky jadrá sú kladne elektricky nabité).
S objavovaním nových úrovní štruktúry a stavov hmoty sa oblasť predmetov štrukturálnej fyziky rozširuje.
Treba mať na pamäti, že pri riešení konkrétnych fyzikálnych problémov sú otázky súvisiace s objasnením štruktúry, interakcie a pohybu úzko prepojené.
Základom štrukturálnej fyziky je korpuskulárny prístup k opisu a vysvetleniu prírody.
Prvýkrát sa pojem atóm ako posledná a nedeliteľná častica tela objavil v starovekom Grécku v rámci prírodno-filozofického učenia školy Leucippus-Democritus. Podľa tohto názoru existujú na svete iba atómy, ktoré sa pohybujú v prázdnote. Starovekí atomisti považovali kontinuitu hmoty za zjavnú. Rôzne kombinácie atómov tvoria rôzne viditeľné telesá. Táto hypotéza nebola založená na experimentálnych údajoch. Bola to len skvelý odhad. Ale určilo to celý ďalší vývoj prírodných vied na mnoho storočí dopredu.
Hypotéza atómov ako nedeliteľných častíc hmoty bola obnovená v prírodných vedách, najmä vo fyzike a chémii, aby sa vysvetlili niektoré vzorce, ktoré boli stanovené empiricky (napríklad zákony Boyle-Mariotte a Gay-Lussac pre ideálne plyny, tepelná expanzia telies atď.). d.). Boyle-Mariottov zákon totiž hovorí, že objem plynu je nepriamo úmerný jeho tlaku, ale nevysvetľuje, prečo je to tak. Podobne, keď sa teleso zahrieva, jeho rozmery sa zväčšujú. Aký je však dôvod tohto rozšírenia? V kinetickej teórii hmoty sa tieto a ďalšie zákonitosti stanovené skúsenosťou vysvetľujú pomocou atómov a molekúl.
Priamo pozorovaný a meraný pokles tlaku plynu so zväčšením jeho objemu v kinetickej teórii hmoty sa totiž vysvetľuje ako nárast voľnej dráhy jej základných atómov a molekúl. V dôsledku toho sa objem, ktorý zaberá plyn, zvyšuje. Podobne expanzia telies pri zahrievaní v kinetickej teórii hmoty sa vysvetľuje zvýšením priemernej rýchlosti pohybujúcich sa molekúl.
Vysvetlenia, v ktorých sa vlastnosti zložitých látok alebo telies snažia redukovať na vlastnosti ich jednoduchších prvkov alebo zložiek, sa nazývajú redukcionizmus. Táto metóda analýzy umožnila vyriešiť veľkú skupinu problémov v prírodných vedách.
Až do konca XIX storočia. Verilo sa, že atóm je najmenšia, nedeliteľná, bezštruktúrna častica hmoty. Zároveň objavy elektrónu, rádioaktivity ukázali, že to tak nie je. Vzniká Rutherfordov planetárny model atómu. Potom je nahradený modelom N. Bora. Ale ako predtým, myšlienka fyzikov je zameraná na redukciu celej rozmanitosti zložitých vlastností telies a prírodných javov na jednoduché vlastnosti malého počtu primárnych častíc. Následne boli tieto častice pomenované elementárne. Teraz ich celkový počet presahuje 350. Z tohto dôvodu je nepravdepodobné, že všetky takéto častice možno nazvať skutočne elementárnymi, neobsahujúcimi iné prvky. Toto presvedčenie sa posilňuje v súvislosti s hypotézou o existencii kvarkov. Známe elementárne častice podľa nej pozostávajú z častíc s čiastkovými elektrickými nábojmi. Nazývajú sa kvarky.
Podľa typu interakcie, na ktorej sa zúčastňujú elementárne častice, sú všetky okrem fotónu rozdelené do dvoch skupín:
1) hadróny. Stojí za to povedať, že sa vyznačujú prítomnosťou silnej interakcie. Zároveň sa môžu podieľať aj na slabých a elektromagnetických interakciách;
2) leptóny. Οʜᴎ sa zúčastňujú iba elektromagnetických a slabých interakcií;
Podľa životnosti sa rozlišujú:
a) stabilné elementárne častice. Sú to elektrón, fotón, protón a neutríno;
b) kvázi stabilné. Sú to častice, ktoré sa rozpadajú v dôsledku elektromagnetických a slabých interakcií. Napríklad do +® m++;
c) nestabilné. Οʜᴎ rozpad v dôsledku silnej interakcie, napr. neutrón.
Elektrické náboje elementárnych častíc sú násobky najmenšieho náboja vlastného elektrónu. Súčasne sú elementárne častice rozdelené do párov častica - antičastica, napríklad e - - e + (všetky majú rovnaké vlastnosti a znaky elektrického náboja sú opačné). Elektricky neutrálne častice majú aj antičastice, napr. P -,- .
Atomistický koncept je teda založený na myšlienke diskrétnej štruktúry hmoty. Atomistický prístup vysvetľuje vlastnosti fyzikálneho objektu na základe vlastností jeho najmenších častíc, ktoré sa v určitom štádiu poznania považujú za nedeliteľné. Historicky boli takéto častice najskôr rozpoznané ako atómy, potom elementárne častice a teraz - kvarky. Ťažkosťou tohto prístupu je úplná redukcia komplexu na jednoduchý, ktorý nezohľadňuje kvalitatívne rozdiely medzi nimi.
Až do konca prvej štvrtiny 20. storočia sa myšlienka jednoty štruktúry makro- a mikrokozmu chápala mechanicky, ako úplná identita zákonov a úplná podobnosť štruktúry oboch.
Mikročastice boli interpretované ako miniatúrne kópie makroteliesok, ᴛ.ᴇ. ako extrémne malé guľôčky (telieska) pohybujúce sa po presných dráhach, ktoré sú úplne analogické s dráhami planét, len s tým rozdielom, že nebeské telesá sú spojené gravitačnými interakčnými silami a mikročastice - elektrickými interakčnými silami.
Po objavení elektrónu (Thomson, 1897 ᴦ.), vytvorení kvantovej teórie (Planck, 1900 ᴦ.), zavedení pojmu fotónu (Einstein, 1905 ᴦ.) nadobudla atómová doktrína nový charakter. .
Hostené na ref.rf
Myšlienka diskrétnosti sa rozšírila na oblasť elektrických a svetelných javov, na koncepciu energie (v 19. storočí doktrína energie slúžila ako sféra reprezentácie spojitých veličín a stavových funkcií). Najdôležitejšou črtou modernej atómovej doktríny je atomizmus konania. Súvisí to s tým, že pohyb, vlastnosti a stavy rôznych mikroobjektov možno kvantovať, ᴛ.ᴇ. sú vyjadrené vo forme diskrétnych veličín a pomerov. Nová atomistika uznáva relatívnu stabilitu každého diskrétneho typu hmoty, jej kvalitatívnu istotu, jej relatívnu nedeliteľnosť a nezvratnosť v rámci určitých hraníc prírodných javov. Napríklad, atóm je deliteľný niektorými fyzikálnymi spôsobmi, je chemicky nedeliteľný, ᴛ.ᴇ. v chemických procesoch sa správa ako niečo celistvé, nedeliteľné. Molekula, ktorá je chemicky deliteľná na atómy, sa pri tepelnom pohybe (do určitých hraníc) správa ako celok, nedeliteľne atď.Obzvlášť dôležité v koncepcii novej atomistiky je rozpoznanie vzájomnej konvertibility akýchkoľvek diskrétnych typov hmoty.
Rôzne úrovne štruktúrnej organizácie fyzikálnej reality (kvarky, mikročastice, jadrá, atómy, molekuly, makrotelieska, megasystémy) majú svoje špecifické fyzikálne zákony. Ale bez ohľadu na to, ako sa skúmané javy líšia od javov skúmaných klasickou fyzikou, všetky experimentálne údaje musia byť opísané pomocou klasických konceptov. Medzi popisom správania skúmaného mikroobjektu a popisom činnosti meracích prístrojov je zásadný rozdiel. Je to dôsledok toho, že činnosť meracích prístrojov by v zásade mala byť popísaná jazykom klasickej fyziky, pričom skúmaný objekt v tomto jazyku byť popísaný nemusí.
Korpuskulárny prístup pri vysvetľovaní fyzikálnych javov a procesov bol od vzniku fyziky interakcií vždy kombinovaný s prístupom kontinua. Bolo to vyjadrené v koncepte poľa a odhalení jeho úlohy vo fyzickej interakcii. Reprezentácia poľa ako toku určitého druhu častíc (kvantová teória poľa) a pripisovanie vlnových vlastností akémukoľvek fyzickému objektu (hypotéza Louisa de Broglieho) spojili tieto dva prístupy k analýze fyzikálnych javov.
Slabá interakcia - koncept a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie „Slabá interakcia“ 2017, 2018.
Čas je ako rieka, ktorá nesie udalosti okolo, a jej prúd je silný; vašim očiam sa bude zdať len niečo - a už to bolo unesené a je vidieť niečo iné, čo bude tiež čoskoro odnesené.
Marcus Aurelius
Každý z nás sa snaží vytvoriť úplný obraz sveta, vrátane obrazu vesmíru, od najmenších subatomárnych častíc až po tie najväčšie mierky. Ale fyzikálne zákony sú niekedy také zvláštne a neintuitívne, že táto úloha môže byť pre tých, ktorí sa nestali profesionálnymi teoretickými fyzikmi, zdrvujúca.
Čitateľ sa pýta:
Toto síce nie je astronómia, ale možno mi to poviete. Silná sila je prenášaná gluónmi a spája kvarky a gluóny dohromady. Elektromagnetické je prenášané fotónmi a viaže elektricky nabité častice. Gravitácia je údajne prenášaná gravitónmi a viaže všetky častice na hmotu. Slabé je prenášané časticami W a Z a ... je spôsobené rozpadom? Prečo je slabá sila opísaná týmto spôsobom? Je slabá sila zodpovedná za priťahovanie a/alebo odpudzovanie akýchkoľvek častíc? A čo? A ak nie, prečo je to potom jedna zo základných interakcií, ak nie je spojená so žiadnymi silami? Ďakujem.
Poďme sa pozrieť na základy. Vo vesmíre sú štyri základné sily – gravitácia, elektromagnetizmus, silná jadrová sila a slabá jadrová sila.A to všetko sú interakcie, sily. Pri časticiach, ktorých stav je možné zmerať, sa pôsobením sily mení jeho hybnosť – v bežnom živote v takýchto prípadoch hovoríme o zrýchlení. A pre tri z týchto síl to platí.
V prípade gravitácie celkové množstvo energie (väčšinou hmoty, ale zahŕňa všetku energiu) deformuje časopriestor a pohyb všetkých ostatných častíc sa mení v prítomnosti čohokoľvek, čo má energiu. Takto to funguje v klasickej (nie kvantovej) teórii gravitácie. Možno existuje všeobecnejšia teória, kvantová gravitácia, kde dochádza k výmene gravitónov, čo vedie k tomu, čo pozorujeme ako gravitačnú interakciu.
Skôr ako budete pokračovať, pochopte:
- Častice majú vlastnosť alebo niečo, čo je im vlastné, čo im umožňuje cítiť (alebo necítiť) určitý druh sily.
- Iné častice nesúce interakciu interagujú s prvou
- V dôsledku interakcií častice menia hybnosť alebo zrýchľujú
V elektromagnetizme je hlavnou vlastnosťou elektrický náboj. Na rozdiel od gravitácie môže byť pozitívna alebo negatívna. Fotón, častica, ktorá nesie interakciu spojenú s nábojom, vedie k tomu, že rovnaké náboje sa odpudzujú a odlišné sa priťahujú.
Stojí za zmienku, že pohybujúce sa náboje alebo elektrické prúdy zažívajú ďalší prejav elektromagnetizmu - magnetizmus. To isté sa deje s gravitáciou a nazýva sa gravitomagnetizmus (alebo gravitoelektromagnetizmus). Do hĺbky nepôjdeme – ide o to, že tam nie je len náboj a nosič sily, ale aj prúdy.
Je tu aj silná jadrová sila, ktorá má tri druhy náloží. Hoci všetky častice majú energiu a všetky podliehajú gravitácii, a hoci kvarky, polovica leptónov a pár bozónov obsahujú elektrický náboj, iba kvarky a gluóny majú farebný náboj a môžu zažiť silnú jadrovú silu.
Všade je veľa hmôt, takže gravitáciu je ľahké pozorovať. A keďže silná sila a elektromagnetizmus sú dosť silné, dajú sa aj ľahko pozorovať.
Ale čo ten posledný? Slabá interakcia?
Zvyčajne o ňom hovoríme v súvislosti s rádioaktívnym rozpadom. Ťažký kvark alebo leptón sa rozpadá na ľahšie a stabilnejšie. Áno, slabá sila má niečo do seba. Ale v tomto príklade sa to nejako líši od zvyšku síl.
Ukazuje sa, že slabá sila je tiež sila, len sa o nej často nehovorí. Je slabá! 10 000 000-krát slabšia ako elektromagnetizmus vo vzdialenosti dlhej ako je priemer protónu.
Nabitá častica má vždy náboj, či už sa pohybuje alebo nie. Elektrický prúd, ktorý vytvára, však závisí od jeho pohybu vo vzťahu k iným časticiam. Prúd určuje magnetizmus, ktorý je rovnako dôležitý ako elektrická časť elektromagnetizmu. Kompozitné častice ako protón a neutrón majú rovnako ako elektrón významné magnetické momenty.
Kvarky a leptóny prichádzajú v šiestich príchutiach. Kvarky - hore, dole, divné, očarené, očarujúce, pravdivé (podľa ich označenia písmen v latinčine u, d, s, c, t, b - hore, dole, divné, čaro, hore, dole). Leptóny - elektrón, elektrón-neutríno, mión, mión-neutríno, tau, tau-neutríno. Každý z nich má elektrický náboj, ale aj príchuť. Ak skombinujeme elektromagnetizmus a slabú silu, aby sme dostali elektroslabú silu, potom každá z častíc bude mať nejaký slabý náboj alebo elektroslabý prúd a slabú silovú konštantu. Toto všetko je popísané v štandardnom modeli, ale bolo dosť ťažké to overiť, pretože elektromagnetizmus je taký silný.
V novom experimente, ktorého výsledky boli nedávno zverejnené, sa prvýkrát meral príspevok slabej interakcie. Experiment umožnil určiť slabú interakciu kvarkov up a down
A slabé náboje protónu a neutrónu. Predpovede štandardného modelu pre slabé poplatky boli:
Q W (p) = 0,0710 ± 0,0007,
QW (n) = -0,9890 ± 0,0007.A podľa výsledkov rozptylu experiment poskytol nasledujúce hodnoty:
Q W (p) = 0,063 ± 0,012,
QW (n) = -0,975 ± 0,010.Čo veľmi dobre súhlasí s teóriou, berúc do úvahy chybu. Experimentátori tvrdia, že spracovaním väčšieho množstva údajov chybu ešte znížia. A ak sa vyskytnú nejaké prekvapenia alebo nezrovnalosti so štandardným modelom, bude to skvelé! Ale nič tomu nenasvedčuje:
Častice teda majú slabý náboj, ale my sa ním nerozpíname, pretože je nereálne ťažké ho zmerať. Ale aj tak sme to urobili a zjavne sme znovu potvrdili štandardný model.
Táto interakcia je najslabšou zo základných interakcií experimentálne pozorovaných pri rozpadoch elementárnych častíc, kde sú kvantové efekty zásadne významné. Pripomeňme, že kvantové prejavy gravitačnej interakcie neboli nikdy pozorované. Slabá interakcia sa rozlišuje pomocou nasledujúceho pravidla: ak sa na procese interakcie zúčastňuje elementárna častica nazývaná neutríno (alebo antineutríno), potom je táto interakcia slabá.
Typickým príkladom slabej interakcie je rozpad neutrónov beta, kde n- neutrón, p- protón, e-- elektrón, e+ je elektrónové antineutríno. Treba si však uvedomiť, že vyššie uvedené pravidlo vôbec neznamená, že akýkoľvek akt slabej interakcie musí byť sprevádzaný neutrínom alebo antineutrínom. Je známe, že dochádza k veľkému počtu rozpadov bez neutrín. Ako príklad si môžeme všimnúť proces rozpadu lambda hyperónu D na protón p+ a záporne nabitý pion p– . Podľa moderných koncepcií neutrón a protón nie sú skutočne elementárne častice, ale pozostávajú z elementárnych častíc nazývaných kvarky.
Intenzitu slabej interakcie charakterizuje Fermiho väzbová konštanta G F. Neustále G F rozmerový. Na vytvorenie bezrozmernej veličiny je potrebné použiť nejaký druh referenčnej hmotnosti, napríklad hmotnosť protónu m p. Potom bude bezrozmerná väzbová konštanta. Je vidieť, že slabá interakcia je oveľa intenzívnejšia ako gravitačná.
Slabá interakcia je na rozdiel od gravitačnej krátkodosahovej. To znamená, že slabá interakcia medzi časticami vstupuje do hry iba vtedy, ak sú častice dostatočne blízko seba. Ak vzdialenosť medzi časticami prekročí určitú hodnotu, ktorá sa nazýva charakteristický polomer interakcie, slabá interakcia sa neprejaví. Experimentálne sa zistilo, že charakteristický polomer slabej interakcie rádovo 10–15 cm, to znamená slabá interakcia, sa koncentruje vo vzdialenostiach menších ako je veľkosť atómového jadra.
Prečo môžeme hovoriť o slabej interakcii ako o nezávislej forme základných interakcií? Odpoveď je jednoduchá. Zistilo sa, že existujú procesy premien elementárnych častíc, ktoré nemožno zredukovať na gravitačné, elektromagnetické a silné interakcie. Dobrý príklad, ktorý ukazuje, že v jadrových javoch existujú tri kvalitatívne odlišné interakcie, súvisí s rádioaktivitou. Experimenty naznačujú prítomnosť troch rôznych typov rádioaktivity: α-, β- a γ-rádioaktívnych rozpadov. V tomto prípade je α-rozpad spôsobený silnou interakciou, γ-rozpad je spôsobený elektromagnetickým. Zostávajúci β-rozpad nemožno vysvetliť elektromagnetickými a silnými interakciami a sme nútení pripustiť, že existuje ďalšia základná interakcia nazývaná slabá. Vo všeobecnosti je potreba zaviesť slabú interakciu spôsobená skutočnosťou, že v prírode prebiehajú procesy, v ktorých sú elektromagnetické a silné rozpady zakázané zákonmi ochrany.
Hoci je slabá interakcia v podstate sústredená vo vnútri jadra, má určité makroskopické prejavy. Ako sme už uviedli, je spojená s procesom β-rádioaktivity. Okrem toho slabá interakcia hrá dôležitú úlohu v takzvaných termonukleárnych reakciách zodpovedných za mechanizmus uvoľňovania energie vo hviezdach.
Najúžasnejšou vlastnosťou slabej interakcie je existencia procesov, v ktorých sa prejavuje zrkadlová asymetria. Na prvý pohľad sa zdá zrejmé, že rozdiel medzi pojmami ľavica a pravica je svojvoľný. Procesy gravitačných, elektromagnetických a silných interakcií sú skutočne invariantné vzhľadom na priestorovú inverziu, ktorá implementuje zrkadlový odraz. Hovorí sa, že v takýchto procesoch sa zachováva priestorová parita P. Experimentálne sa však zistilo, že slabé procesy môžu pokračovať s nezachovaním priestorovej parity, a preto sa zdá, že cítia rozdiel medzi ľavicou a pravicou. V súčasnosti existujú solídne experimentálne dôkazy, že nezachovávanie parity v slabých interakciách má univerzálny charakter, prejavuje sa nielen v rozpadoch elementárnych častíc, ale aj v jadrových a dokonca atómových javoch. Malo by sa uznať, že zrkadlová asymetria je vlastnosťou prírody na tej najzákladnejšej úrovni.
Nezachovanie parity v slabých interakciách sa zdalo byť takou nezvyčajnou vlastnosťou, že takmer okamžite po jej objavení sa teoretici pokúsili ukázať, že v skutočnosti existuje úplná symetria medzi ľavicou a pravicou, len má hlbší význam, než sa doteraz predpokladalo. Zrkadlový odraz musí byť sprevádzaný nahradením častíc antičasticami (nábojová konjugácia C) a potom musia byť všetky základné interakcie invariantné. Neskôr sa však zistilo, že táto invariantnosť nie je univerzálna. Slabé rozpady takzvaných dlhotrvajúcich neutrálnych kaónov na pióny p + , p - sú zakázané, ak k naznačenej invariancii skutočne dôjde. Charakteristickou vlastnosťou slabej interakcie je teda jej neinvariantnosť CP. Je možné, že práve táto vlastnosť je zodpovedná za to, že hmota vo Vesmíre výrazne prevažuje nad antihmotou, vybudovanou z antičastíc. Svet a antisvet nie sú symetrické.
Otázka, ktoré častice sú nositeľmi slabej interakcie, bola dlho nejasná. Porozumenie bolo dosiahnuté relatívne nedávno v rámci jednotnej teórie elektroslabých interakcií – teórie Weinberg-Salam-Glashow. V súčasnosti sa všeobecne uznáva, že nositeľmi slabej interakcie sú takzvané W + - a Z 0 - bozóny. Sú to nabité W + a neutrálne Z 0 elementárne častice so spinom 1 a hmotnosťami rovnými rádovo 100 m p.
Feynmanov diagram beta rozpadu neutrónu na protón, elektrón a elektrónové antineutríno cez intermediárny W-bozón je jednou zo štyroch základných fyzikálnych interakcií medzi elementárnymi časticami spolu s gravitačnou, elektromagnetickou a silnou. Jeho najznámejším prejavom je beta rozpad a s ním súvisiaca rádioaktivita. Interakcia je pomenovaná slabý keďže intenzita poľa, ktorá tomu zodpovedá, je o 10 13 menšia ako v poliach, ktoré držia pohromade jadrové častice (nukleóny a kvarky) a o 10 10 menšia ako coulombovská na týchto mierkach, ale oveľa silnejšia ako gravitačná. Interakcia má krátky dosah a prejavuje sa len na vzdialenosti rádovo veľkosti atómového jadra.
Prvú teóriu slabej interakcie navrhol Enrico Fermi v roku 1930. Pri vývoji teórie vychádzal z hypotézy Wolfganga Pauliho o existencii v tom čase novej elementárnej častice neutrína.
Slabá interakcia popisuje tie procesy jadrovej fyziky a fyziky elementárnych častíc, ktoré prebiehajú relatívne pomaly, na rozdiel od rýchlych procesov v dôsledku silnej interakcie. Napríklad polčas rozpadu neutrónu je asi 16 minút. – Večnosť v porovnaní s jadrovými procesmi, ktoré sa vyznačujú časom 10 -23 s.
Pre porovnanie nabité piony? ± rozpad cez slabú interakciu a majú životnosť 2,6033 ± 0,0005 x 10 -8 s, zatiaľ čo neutrálny pion? 0 sa rozpadá na dve gama kvantá prostredníctvom elektromagnetickej interakcie a má životnosť 8,4 ± 0,6 x 10 -17 s.
Ďalšou charakteristikou interakcie je stredná voľná dráha častíc v hmote. Častice, ktoré interagujú prostredníctvom elektromagnetickej interakcie – nabité častice, gama kvantá, dokáže zadržať železná platňa hrubá niekoľko desiatok centimetrov. Zatiaľ čo neutríno, ktoré interaguje len slabo, prejde bez toho, aby sa čo i len raz zrazilo, cez vrstvu kovu hrubú miliardu kilometrov.
Slabá interakcia zahŕňa kvarky a leptóny vrátane neutrín. V tomto prípade sa mení aróma častíc, t.j. ich typ. Napríklad v dôsledku rozpadu neutrónu sa jeden z jeho d-kvarkov zmení na u-kvark. Neutrína sú jedinečné v tom, že interagujú s inými časticami len za slabou a stále slabou gravitačnou interakciou.
Podľa moderných konceptov formulovaných v štandardnom modeli slabú interakciu nesú meracie W a Z bozóny, ktoré boli objavené v urýchľovačoch v roku 1982. Ich hmotnosti sú 80 a 90 protónových hmotností. Výmena virtuálnych W-bozónov sa nazýva nabitý prúd, výmena Z-bozónov sa nazýva neutrálny prúd.
Vrcholy Feynmanových diagramov popisujúce možné procesy zahŕňajúce gauge W a Z bozóny možno rozdeliť do troch typov:Leptón môže viprominit alebo absorbovať W-bozón a zmeniť sa na neutríno;
kvark môže viprominovať alebo absorbovať W-bozón a zmeniť jeho chuť, čím sa stane superpozíciou iných kvarkov;
leptón alebo kvark môžu absorbovať alebo viprominity Z-bozónSchopnosť častice slabo interagovať je opísaná kvantovým číslom, ktoré sa nazýva slabý izospin. Možné hodnoty izospinu pre častice, ktoré si môžu vymieňať bozóny W a Z, sú ± 1/2. Práve tieto častice interagujú slabou silou. Častice s nulovým slabým izospinom neinteragujú mimo slabej vzájomnosti, pre ktorú sú procesy výmeny W a Z bozónmi nemožné. Pri reakciách medzi elementárnymi časticami sa zachováva slabý izospin. To znamená, že celkový slabý izospin všetkých častíc zapojených do reakcie zostáva nezmenený, aj keď sa typy častíc môžu meniť.
Charakteristickým rysom slabej interakcie je, že porušuje paritu, pretože iba fermióny s ľavou chiralitou a antičastice fermiónov s pravou chiralitou majú schopnosť slabej interakcie prostredníctvom nabitých prúdov. Nezachovanie parity v slabej interakcii objavili Yang Zhenning a Li Zhengdao, za čo v roku 1957 dostali Nobelovu cenu za fyziku. Dôvod pre nezachovanie parity je videný v spontánnom porušení symetrie. V rámci štandardného modelu hypotetická častica, Higgsov bozón, zodpovedá porušeniu symetrie. Toto je jediná časť bežného modelu, ktorá ešte nebola experimentálne zistená.
V prípade slabej interakcie je narušená aj symetria CP. Toto porušenie bolo experimentálne odhalené v roku 1964 pri pokusoch s kaonom. Autori objavu, James Cronin a Val Fitch, dostali Nobelovu cenu za rok 1980. Porušenie CP-symetrie sa vyskytuje oveľa menej často ako porušenie parity. Znamená to tiež, keďže zachovanie CPT-symetrie je založené na základných fyzikálnych princípoch - Lorentzových transformáciách a interakciách krátkeho dosahu, možnosť narušenia T-symetrie, t.j. nemennosť fyzikálnych procesov z hľadiska zmeny smeru času.V roku 1969 bola skonštruovaná jednotná teória elektromagnetických a slabých jadrových interakcií, podľa ktorej pri energiách 100 GeV, čo zodpovedá teplote 10 15 K, mizne rozdiel medzi elektromagnetickými a slabými procesmi. Experimentálne overenie jednotnej teórie elektroslabých a silných jadrových interakcií si vyžaduje stomiliardnásobné zvýšenie energie urýchľovačov.
Teória elektroslabej interakcie je založená na grupe symetrie SU(2).
Napriek malému rozsahu a krátkemu trvaniu hrá slabá interakcia v prírode veľmi dôležitú úlohu. Ak by bolo možné „vypnúť“ slabú interakciu, Slnko by zhaslo, pretože proces premeny protónu na neutrón, pozitrón a neutríno by sa stal nemožným, v dôsledku čoho by sa 4 protóny zmenili na 4. On, dva pozitróny a dve neutrína. Tento proces je hlavným zdrojom energie pre Slnko a väčšinu hviezd (pozri Cyklus vodíka). Slabé interakčné procesy sú dôležité pre vývoj hviezd, pretože spôsobujú stratu energie veľmi horúcich hviezd pri výbuchoch supernov s tvorbou pulzarov atď. Ak by v prírode neexistovala slabá interakcia, mióny, pi-mezóny a iné častice by boli stabilné a rozšírené v bežnej hmote. Takáto dôležitá úloha slabej interakcie je spôsobená skutočnosťou, že nedodržiava množstvo zákazov charakteristických pre silné a elektromagnetické interakcie. Najmä slabá interakcia mení nabité leptóny na neutrína a kvarky jednej príchute na kvarky inej.
