مقدمة: القوة الرابعة التي تتقاسم النواة

ومن بين القوى الأساسية الأربع للطبيعة، والكهرباء، والقوة النووية القوية، والتفاعل الضعيف بين القوة النووية، ربما يكون أقل تفاعل غير مناسب، وفي حين أن الجاذبية والكهرباء تشكل عالمنا اليومي، والقوى القوية تربط النواة الذرية معاً، فإن القوة الضعيفة تعمل في مسافات دونية وتنظم التحولات التي تغير هوية الجسيمات التي يحتفل بها.

ما هي القوة النووية الضعيفة؟

قوة نووية ضعيفة هي واحدة من أربعة تفاعلات أساسية، وهي فريدة من نوعها في قدرتها على تغيير النكهة من الجسيمات الأولية - أي تحويل نوع من أنواع الحجر أو الجبيرة إلى آخر، وهي تسمى " Weak " لأن قوتها الأساسية تبلغ نحو 10-6 مرات من القوة النووية القوية - وهي تتراوح بين 10 و18 نقطة مئوية.

وعلى الرغم من اسمها، فإن ضعف القوة لا يقل أهمية عن ذلك، فهي مسؤولة عن العديد من أشكال النشاط الإشعاعي، ولا سيما beta decay]، كما أنها تؤدي دوراً محورياً في الاندماج النووي داخل النجوم، حيث تحول البروتونات إلى جزيئات جديدة (أو العكس) للسماح بخطوات الدمج المتعاقبة، ولذلك فإن فهم ضعف القوة لا يعد أساسياً للفيزياء النووية فحسب.

تاريخ موجز: من نظرية فيرمي إلى توحيد الكهرباء

وقبل فهم القوة الضعيفة، كان التحلل الحاد هو لغز، ففي العشرينات، بدا أن الإلكترونات المنبعثة في بيتا ديكاي لها طيف طاقة مستمر، منتهكة بذلك قانون حفظ الطاقة، وفي عام 1930، اقترح فولفغانغ بولي وجود مادة محايدة لا تكاد تكون متفجرة - قسيمة ملوثة باليد العاملة -

وكانت نظرية فيرمي ناجحة بشكل ملحوظ، ولكنها كانت نظرية فعالة ولم تشرح الآلية الأساسية، وبعد ذلك، ظهرت في سلسلة التجارب المتطورة في ميدان الكمي، وتوحيد القوى الكهرومغناطيسية الضعيفة من جانب شيلدون غلاشو، وعبد السلام، وستيفن وينيبرغ (الصفحة رقم 1979).

Beta Decay: The Weak Force in Action

ما هو بيتا ديكي؟

(ب) إنّ التحلل الحادّي هو عملية مشعة تُعدّ فيها نواة ذرية غير مستقرة تُجسّد جزيئات من بيتا (إكترون أو بوزيتون) ونيوترينو (أو مضادات) يغيّر العدد الذرّي للعنصر، والضعف هو الوسيط الوحيد لهذا التحول، لأنه التفاعل الوحيد الذي يمكن أن يغير دوامة الكمبي، وهناك ثلاثة أنواع مشتركة من الفولط:

بيتا - مينوس ديسي (بيتا -)

In beta-minus decay, a neutron (n) inside the nucleus changes into a proton (p), emitting an electron (e−) and an electron antineutrino (e):

n ⁇ p + e - + ve ⁇ ]e]

وعلى مستوى الكوكب، يتألف النيوترونات من اثنين من المحارم وواحد من المحارم (الوارد) ويحدث التحلل النجمي عند تحول أحد المحارم إلى حجر محفور، مما يخلق خلية من النيتروجين الافتراضي (W - boson) التي تتحول إلى بركهة كهربائية و مضادة للنيتروجين، ويحول هذا التحول الراهبة من النيو - 14 إلى بروتون، ويشمل الرقم الذري.

بيتا - بلوس ديسي (بيتا +)

Beta-plus decay is the contrary: a proton inside the nucleus converts into a neutron, emitting a positron (e+) and an electron neutrino (e):

p ⁇ n + e+ + ve]e]

This process requires energy because a free proton is lighter than a free neutron; therefore, beta-plus decay can only occur inside a nucleus if the mass-energy of the parent nucleus is greater that of the emitted particles. At the quark level, an up quaposrk in the proton transforms into a down quark by emit

Electron Capture

إلكترون يلتقط صورة بديلة للنوكلية الغنية بالبروتون بدلاً من أن يُحدث البوسيترون، النواة تلتقط إلكترون داخلي في القشرة، يجمع بين بروتون لتشكيل نيوترون ونيوترينو:

p + e - ⁇ n + ve ]e]

وهذه العملية توسطت أيضاً بسبب ضعف القوة (عن طريق دبليو) وهي تُظهر نوترينية أحادية، حيث يوجد في النواة التي تنتج عنها نفس العدد الذري الذي يوجد في البيتا زائداً، ولكن بدون انبعاثات من البوسيترون، وكثيراً ما يقترن التقاط الإليكتروني بانبعاثات الأشعة السينية المميزة التي تملأ فيها الإلكترونات الخارجية الشاغر.

الآلية: كيف تغيرت قوة الضباب

التماثيل الحرارية و W Boson

At the most fundamental level, the weak force alters the ]flavor] of quarks via the exchange of charged W bosons. The Standard Model organizes quarks into three generations: up/down, witch/strange, and top/bottom. Beta decay involves only the first generation: the up quabaya (u, charge +2/3) and down quark

وبالنسبة للخلود البيتا، فإن الانتقال ذي الصلة هو دو أو أو دو (لبيتا +) أو دو (لبيتا +) والصورة التي يوسّع بها هذا الانتقال تتحول إلى زوج ليبتون - لاتين - ليبتون (الكهرباء + مضادات النيترون للذخيرة - دوسيترون + نيوترينو للذخيرة ++) لأن نقطة الاتصال في Wboson هي شديدة الات (80 GeV/acter)

انتهاك المساواة: توقيع رئيسي للقوة الضعيفة

وعلى عكس القوى الأساسية الأخرى، فإن ضعف التفاعل بين القوة الكهربائية والكهربية (FLT:0) ليس هو أيضاً ] الحفاظ على التكافؤ (التفاوت اليميني) وفي عام 1956، ] Tsung-Dao Lee and Chen-Ning Yang اقترح أن يكون التكافؤ قد انتهك في التفاعلات الضعيفة؛

آثار وتطبيقات بيتا ديتي

التدابير الراديوميتي

وربما يكون أكثر تطبيقات البيتا للديون هو المواعدة بالكربونات، التي اكتشفها ويلارد ليبي في الأربعينات، أما الكاربون 14 (14C) فتنتج في الغلاف الجوي العلوي بواسطة النيوترونات الشعاعية الكونية التي تتفاعل مع النيتروجين 14، ويخضع هذا النوع من الازكوت للبوتا - نصف عمر يبلغ حوالي 730 5 سنة، وبقيام نسبة 14C إلى ثاني أكسيد الكربون في الرفات العضوي، يمكن للباحثين أن يقدرواة.

التصوير الطبي والعلاج

ويلعب النظائر الفوقية دورا حيويا في الطب النووي، وتُستخدم مرطبات البوليترون مثل الفلورين 18، والكربون 11، والأكسجين 15 في PET، وأجهزة المسح الضوئي ، وعندما يتم انطلاق البوزيترون، تُبيد بسرعة بإلكترونية، تنتج صورتين غاميتين على درجة 180، يمكن اكتشافهما لخلق ثلاثة أنواع من السرطان.

الطاقة النووية والمفاعلات

كما تؤدي مادة التحلل الفوقي دوراً في المفاعلات النووية، كما أن منتجات الإشتعال من اليورانيوم-235 والبلوتونيوم-239 هي نظائر غنية بالنيترون تخضع لتعاقب بيات - ديهات، وتطلق الحرارة وتستقر في نهاية المطاف، ويمكن الكشف عن مضادات النيتروز التي تنتج في هذه الأنهار المغلقة وتستخدم في رصد المفاعلات والتجارب الفيزيائية الأساسية -

قوة ضعيفة في الكون: من محطة ستيلار للوقود إلى سوبرنوفيه

Hydrogen Burning in the Sun

فبدون ضعف القوة، لن تشرق الشمس، وتبدأ سلسلة البروتون الأولي (البروتون) بضم برتونين إلى ديبروتون (هيه)، الذي يجتاز بسرعة دواء بيتا + ليصبح ديوتريوما، ويولد دواسايترون وعائدا من النيوترينو، وهذه العملية الضعيفة هي الخطوة التي تحد من معدل الانبعاث بأكمله: تحويل شكل بروتوني إلى تفاعل ضعيف

Neutrinos produced in the pp chain and later branches (e.g., the 8B decay) provide a direct probe of the solar interior. The solar neutrino problem - a deficit of observed electron neutrinos compared to theoretical predictions-was finally resolved by the discovery of neutrino oscillations, 2015

Core-Collapse Supernovae

كما أن ضعف القوة يتحكم في اللحظات الأخيرة للنجوم الهائلة، وعندما تنهار نواة الحديد، تسبب الكثافة الشديدة ودرجة الحرارة في أن يلتقط الإلكترونيات بواسطة البروتونات (القبض على الكترونات، والوساطة من القوة الضعيفة)، وإنتاج النيوترونات والنيوترينوس، وتدفق النيوترينوز يبعد نحو 99 في المائة من الطاقة الملزمة للبر، مما أدى إلى حدوث انفجار خارق للطبيعة.

البحث والمسائل المفتوحة الحالية

اختبارات الدقة

The Standard Model of particle physics has been remarkably successful in describing weak interactions. However, physicists continue to test its predictions with ever-greater precision. Experiments like the Muon g−2[FLT:]]

الكتلة الطبيعية

Neutrinos are produced copiously in weak interactions, yet their masses are at least a million times smaller than the electron mass. Are neutrinos their own antiparticles (Majorana particles)? Experiments like GERDA,

قوة الضعف وما بعدها

أما نظرية الإلكتروياك، التي نجحت، فتترك أسئلة مفتوحة: لماذا انتُهكت التكافؤ؟ أين هي مجموعة جدول الإلكتروبيك؟ إن الهغز بوسون، التي اكتشفت في عام 2012، تعطي الجماهير إلى دبليو وزبوسون، ولكن مشكلة التسلسل الهرمي لا تزال غير محلولة، وتقترح بعض النظريات قطاعاً مظلماً يُوسط فيه بقوة ضعيفة جديدة، بينما تشير أطراف أخرى إلى أن ضعف القوة قد يُجَزِّد قوة عالية للغاية.

الاستنتاج: محفوظات التغيير الهادئة

إن ضعف القوة النووية، وإن كان خفيفاً وثابتاً، هو سيد للتحول، فمن بطء تفكك الكربون 14 في الرفات الأثري إلى الغضب المتفجر من السوبرنوفا، ومن التوهج المستمر لشمسنا إلى الرقص دون الدينامي للقططين والفولسون، فإن ضعف القوة يُعدّل بعض أهم العمليات في الكون، ويُفهم دوره في التحلل، يُظهر بوابة إلى آخر.

For further reading, see Wikipedia: Weak Interaction and Nobel Prize summary for electroweak unification.]