Слаба интеракција — разлика између измена

У [[Физика елементарних честица|физици елементарних честица]], '''слаба интеракција''' (често звана и '''слаба сила''' или '''слаба нуклеарна сила''') једна је од четири [[основне интеракције]] у природи по моделима савремене [[субнуклеарна физика|субнуклеарне физике]], поред [[јака интеракција|јаке]], [[електромагнетна сила|електромагнетне]] и [[гравитациона интеракција|гравитационе]].<ref name="griffiths">{{harvnbCite book|last=Griffiths|first=David|title=Introduction to Elementary Particles |year=2009|ppisbn=978-3-527-40601-2 |pages=59–60}}</ref>

Године 1933, [[Енрико Ферми]] је предложио прву теорију слабе интеракције, познату као [[Фермијева интеракција]]. Он је предложио да се [[бета распад]] може објаснити путем интеракције четири-[[фермион]]а, путем контактне силе без опсега.<ref name="Fermi's theory">{{cite journal | title=Versuch einer Theorie der β-Strahlen. I |last=Fermi|first=Enrico| bibcode=1934ZPhy...88..161F | journal=[[Zeitschrift für Physik A]] |year=1934| volume=88 | issue=3–4 | doi=10.1007/BF01351864|pages=161–177}}</ref><ref name="Fermi's theory translation">{{cite journal | title=Fermi's Theory of Beta Decay |last author=Wilson|first=, Fred L. | journal=American Journal of Physics |year=1968| volume=36 | issue=12 | doi=10.1119/1.1974382|bibcode = 1968AmJPh..36.1150W |pages=1150–1160}}</ref>

Услед њихове велике масе (апроксимативно 90 &nbsp;-{GeV}-/c²<ref name="PDG">{{cite journal |author=W.-M. Yao ''et al''. ([[Particle Data Group]]) |year=2006 |title=Review of Particle Physics: Quarks |url=http://pdg.lbl.gov/2006/tables/qxxx.pdf |journal=[[Journal of Physics G]] |volume=33 |pages=1–1232 |doi=10.1088/0954-3899/33/1/001 |arxiv = astro-ph/0601168 |bibcode = 2006JPhG...33....1Y |pages=1–1232}}</ref>) ове преносне честице, зване W и -{Z}- босони, су кратког века са тајањем краћим од 10⁻²⁴ &nbsp;секонди.<ref>{{Citecite book |title=Story of the W and Z |last=Watkins|firstauthor=Peter Watkins |publisher=[[Cambridge University Press]] |location=Cambridge |url=https://books.google.com/books?id=J808AAAAIAAJ&pg=PA70 |page=70 |year=1986 |isbn=978-0-521-31875-4|pages=70}}</ref> Слаба интеракција има [[coupling constant|константу спреге]] (индикатор јачине интеракције) између 10⁻⁷ и 10⁻⁶, у поређењу са константом спреге јаке интеракције од 1 и [[Константа фине структуре|електромагнетном константом спреге]] од око 10⁻²;<ref name="coupling">{{cite web |url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/forces/couple.html |title=Coupling Constants for the Fundamental Forces |work=HyperPhysics | publisher =Georgia State University |accessdate=2 March 2011}}</ref> консеквентно слаба интеракција је слаба у смислу јачине.<ref name="physnet"/> Слаба интеракција има веома кратак опсег (око 10⁻¹⁷ до 10⁻¹⁶ &nbsp;-{m}-<ref name="physnet">{{cite web |url=http://physnet2.pa.msu.edu/home/modules/pdf_modules/m281.pdf |title=The Weak Interaction |author=J. Christman |publisher=Michigan State University |work=Physnet |year=2001 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20110720004912/http://physnet2.pa.msu.edu/home/modules/pdf_modules/m281.pdf |archivedate=20 July 2011 |df=dmy-all }}</ref>).<ref name="coupling"/> На растојању од око 10⁻¹⁸ метара, слаба интеракција има јачину сличне магнитуде са електромагнетном силом, али њена јачина почиње [[Yukawa potential|експоненцијално]] да опада са повећањем растојања. На растојању од око 3×10⁻¹⁷ -{m}-, растојању које је повећано за само један и по децимални ред величине, слаба интеракција је 10.000 пута слабија од електромагнетне.<ref>{{cite web |url=http://www.particleadventure.org/electroweak.html |title=Electroweak |work=The Particle Adventure |publisher=[[Particle Data Group]] |accessdate=3 March 2011}}</ref>

Слава интеракција утиче на све [[фермион]]е [[Стандардни модел|стандардног модела]], као и на [[Хигсов бозон]]; [[неутрино|неутрина]] формирају интеракције једино путем гравитације и слабе интеракције, и неутрина су била оригинални разлог за избор имена ''слаба сила''.<ref name="physnet"/> Слаба интеракција не производи [[Везано стање|везана стања]] (нити учествује у [[енергија везивања|енергији везивања]]) – што је карактеристика коју гравитација има на [[Cosmic distance ladder|астрономској скали]], елктромагнетна сила на атомском нивоу, и јака нуклеарна сила унутар језгра атома.<ref name="greiner">{{cite book |url=https://books.google.com/books?id=yWTcPwqg_00C |title=Gauge Theory of Weak Interactions |last1author1=Walter Greiner|first1=Walter |author2=Berndt Müller |publisher=Springer |page=2 |year=2009 |isbn=978-3-540-87842-1|pages=2}}</ref>

Сви [[мезон]]и су нестабилни због слабог распада.<ref>Cottingham & Greenwood (1986, 2001), ppp. 29</ref> У процесу познатом као [[бета распад]], ''доњи'' кварк у [[неутрон]]у се може променити у ''горњи'' кварк емитовањем [[Virtual particle|виртуалног]] {{SubatomicParticle|W boson-}} бозона који се затим конвертује у [[електрон]] и електронски [[антинеутрино]].<ref name="Cott28"/> Још један пример је [[Електронски захват|захватање електрона]], што је честа варијанта [[Радиоактивност|радиоактивног распада]], при чему протон и електрон унутар атома формирају интеракцију, и прелазе у неутрон (један горњи кварк се мења у доњи кварк) и један електронски неутрино се емитује.

Услед великих маса W бозона, трансформације честица или распади (e.g., промена ароме) који зависе од слабих интеракција типично се јављају знатно спорије од трасформација или распада који су зависни само од јаких или електромагнетних сила. На пример, неутрални [[пион]] се распада електромагнетно, и стога има животни век од само 10⁻¹⁶ &nbsp;секунди. У контрасту с тим, наелектрисани пион се једино може распасти путем слабе интеракције, и стога је његов животни век око 10⁻⁸ &nbsp;секунди, или сто милиона пута је дужи од неуталног пиона.<ref name="Cottingham30">Cottingham & Greenwood (1986, 2001), ppp. 30</ref> Посебно екстреман пример је распад слободног неутрона дејством слабом силом, за који је неопходно око 15 &nbsp;минута.<ref name="Cott28">Cottingham & Greenwood (1986, 2001), ppp. 28</ref>

|+'''Леворуки фермиони у стандардном моделу'''<ref name="baez">{{Cite journal |first1=John C. |last1=Baez |authorlink1=John C. Baez |first2=John |last2=Huerta |year=2009 |title=The Algebra of Grand Unified Theories|url=http://math.ucr.edu/~huerta/guts/node9.html |bibcode=2009arXiv0904.1556B |volume=0904 |pages=483–552 |arxiv=0904.1556 |journal=Bull. Am. Math. Soc. |accessdate=15 October 2013 |doi=10.1090/s0273-0979-10-01294-2|pages=483–552}}</ref>

|style="background:#efefef"|[[ElectronЕлектронски neutrinoнеутрино]]

|style="background:#efefef"|[[MuonМионски neutrinoнеутрино]]

|style="background:#efefef"|[[TauТау neutrinoнеутрино]]

|style="background:#efefef"|[[ElectronЕлектрон]]

|style="background:#efefef"|[[MuonМион]]

|style="background:#efefef"|[[Tau (particle)lepton|TauТау]]

|style="background:#efefef"|[[UpГорњи quarkкварк]]

|style="background:#efefef"|[[Charm quark|Чаробни кварк]]

|style="background:#efefef"|[[Top quark|Вршни кварк]]

|style="background:#efefef"|[[DownДоњи quarkкварк]]

|style="background:#efefef"|[[Strange quark|Страни кварк]]

|style="background:#efefef"|[[Bottom quark|Дубински кварк]]

| colspan="9" style="text-align:center;"|AllСве left-handedлеворуке antiparticlesантичестице andи right-handedдесноруке (regularрегуларне) particlesчестице haveимају weakслаби isospinизоспин ofод 0.<br />Right-handedДесноруке ''antiанти''particles haveчестице theимају oppositeсупротни weakслаби isospinизоспин.

AllСве particlesчестице haveимају aсвојство property calledзвано ''[[weakслаби isospinизоспин]]'' (symbolсимбол -{''T''}-₃), which servesкоје asслужи aкао [[quantumКвантни numberбројеви|квантни број]] andи governsодређује howкако thatсе particleчестица behavesпонаша inпри theслабим weak interactionинтеракцијама. WeakСлаби isospinизоспин playsигра theисту sameулогу roleу inслабим theинтеракцијама weakкао interactionшто as doesи [[electric chargeнаелектрисање]] inу [[electromagnetismелектромагнетизам|електромагнетизму]], andи [[color charge|промена боје]] in theпри [[strongЈака interactionинтеракција|јаким интеракцијама]]. AllСви left-handedлеворуки [[fermionфермион]]sи haveимају aвредност weakслабог isospinизоспина valueод of eitherбило +{{frac|1|2}} orили &minus;{{frac|1|2}}. ForНа exampleпример, theгорњи upкварк quark has aима -{''T''}-₃ ofод +{{frac|1|2}} and theи downдоњи quarkкварк &minus;{{frac|1|2}}. AКварк quarkсе neverникад decaysне throughраспада theпутем weakслабе interactionинтеракције intoу aкварк quarkса of the sameистим -{''T''}-₃: Quarksкваркови with aса -{''T''}-₃ ofод +{{frac|1|2}} onlyједино decayсе intoраспадају quarksу withкваркове aса -{''T''}-₃ ofод &minus;{{frac|1|2}} and viceи versaобрнуто.

InУ anyсвакој givenдатој interactionинтеракцији, weakслаби isospinизоспин isсе [[Conservation law (physics)|conservedочувава]]: theсума sumбројева ofслабих theизоспинова weakчестица isospinкоје numbersулазе ofу theинтеракцију particlesје enteringједнака theсуми interactionбројева equalsслабих theизоспинова sumчестица ofкоје theизлазе weakиз isospin numbers of the particles exiting that interactionинтеракције. ForНа exampleпример, a (left-handedлеворуки) {{SubatomicParticle|Pion+}}, withса aслабим weakизоспином isospin ofод 1 normallyнормално decaysсе intoраспада aу {{SubatomicParticle|Muon neutrino}} (+{{frac|1|2}}) and aи {{SubatomicParticle|Muon+}} (as aкао right-handedдеснорука antiparticleантичестица, +{{frac|1|2}}).<ref name="Cottingham30"/>

ThereПостоје areдва twoтипа typesслабих of weak interactionинтеракција (calledзваних ''[[Feynman diagram|verticesтеменима]]''). TheПрви firstтип typeсе isназива called the "„[[charged-current interaction|интеракцијом наелектрисане струје]]"” becauseпошто itје isон [[force carrier|mediatedпосредован]] byчестицама particlesкоје that carry anносе [[electric chargeнаелектрисање]] (the [[W bosonи Z бозони|{{SubatomicParticle|W boson+}} orили {{SubatomicParticle|W boson-}} bosonsбозонима]]), andи isодговоран responsibleје forза theфеномен [[betaБета decayраспад|бета распада]] phenomenon. TheДруги secondтип typeсе isназива called the "„[[neutral-current interaction|интеракцијом неутралне струје]]"” becauseпошто itје isона mediatedпосредована byнеутралном a neutral particleчестицом, the [[W и Z bosonбозони|-{Z}- бозоном]].

InУ oneједном typeтипу ofинтеракција chargedнаелектрисање current interactionструје, a chargedнаелектрисани [[leptonлептон]] (suchкао asшто anје [[electronелелтрон]] or aили [[muonмион]], having a charge of −1) can absorb a [[W boson|{{SubatomicParticle|W boson+}} boson]] (a particle with a charge of +1) and be thereby converted into a corresponding [[neutrino]] (with a charge of 0), where the type ("flavour") of neutrino (electron, muon or tau) is the same as the type of lepton in the interaction, forна exampleпример:

Decay of the W boson to other products can happen, with varying probabilities.<ref name="PDG2">{{cite journal |author=K. Nakamura ''et al''. ([[Particle Data Group]]) |year=2010 |title=Gauge and Higgs Bosons |url=http://pdg.lbl.gov/2010/tables/rpp. 2010rpp2010-sum-gauge-higgs-bosons.pdf |journal=[[Journal of Physics G]] |volume=37 | doi = 10.1088/0954-3899/37/7a/075021 |bibcode = 2010JPhG...37g5021N }}</ref>

In the so-called [[beta decay]] of a neutron (see picture, above), a down quark within the neutron emits a [[Virtual particle|virtual]] {{SubatomicParticle|W boson-}} boson and is thereby converted into an up quark, converting the neutron into a proton. Because of the energy involved in the process (i.e., the mass difference between the down quark and the up quark), the {{SubatomicParticle|W boson-}} boson can only be converted into an electron and an electron-antineutrino.<ref name="PDG3">{{cite journal |author=K. Nakamura ''et al''. ([[Particle Data Group]]) |year=2010 |title= n |url=http://pdg.lbl.gov/2010/listings/rpp. 2010rpp2010-list-n.pdf |journal=[[Journal of Physics G]] |volume=37 |page=7|doi=10.1088/0954-3899/37/7a/075021|bibcode = 2010JPhG...37g5021N |pages=7}}</ref> At the quark level, the process can be represented as:

According to the electroweak theory, at very high energies, the universe has four massless gauge boson fields &ndash; each similar to the [[photon]] &ndash; and a complex scalar [[Higgs field]] doublet. However, at low energies, this gauge symmetry is [[spontaneous symmetry breaking|spontaneously broken]] down to the '''U'''(1) symmetry of electromagnetism, since one of the Higgs fields acquires a [[vacuum expectation value]]. This symmetry-breaking would produce three massless [[Goldstone boson|bosonsboson]]s, but they become integrated by the three photon-like fields and acquire mass through the [[Higgs mechanism]]. These three fields become the {{SubatomicParticle|W boson+}}, {{SubatomicParticle|W boson-}} and {{SubatomicParticle|Z boson0}} bosons of the weak interaction. The fourth gauge field is the photon of electromagnetism, and remains massless.<ref name="PDGHiggs"/>

This theory has made a number of predictions, including a prediction of the masses of the Z and W-bosons before their discovery. On 4 &nbsp;July 2012, the CMS and the ATLAS experimental teams at the [[Large Hadron Collider]] independently announced that they had confirmed the formal discovery of a previously unknown boson of mass between 125–127 &nbsp;GeV/''c''², whose behaviour so far was "consistent with" a Higgs boson, while adding a cautious note that further data and analysis were needed before positively identifying the new boson as being a Higgs boson of some type. By 14 &nbsp;March 2013, the Higgs boson was tentatively confirmed to exist.<ref>{{cite web|url=http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/03/new-results-indicate-new-particle-higgs-boson |title=New results indicate that new particle is a Higgs boson &#124; CERN |publisher=Home.web.cern.ch |date= |accessdate=20 September 2013}}</ref>