Gaya lemah adalah salah satu dari empat gaya fundamental yang mengatur semua materi di alam semesta. Tiga lainnya adalah gravitasi, elektromagnetisme, dan gaya kuat. Sementara kekuatan lain menyatukan sesuatu, kekuatan lemah memainkan peran besar dalam menghancurkannya.
Gaya lemah lebih kuat dari gravitasi, tetapi hanya efektif pada jarak yang sangat kecil. The Force beroperasi pada tingkat subatomik dan memainkan peran penting dalam menyediakan energi bagi bintang-bintang dan menciptakan elemen-elemen. Ia juga bertanggung jawab atas sebagian besar radiasi alam di alam semesta.
Teori Fermi
Fisikawan Italia Enrico Fermi mengembangkan teori pada tahun 1933 untuk menjelaskan peluruhan beta, proses pengubahan neutron menjadi proton dan pelepasan elektron, sering disebut dalam konteks ini sebagai partikel beta. Dia mengidentifikasi jenis gaya baru, yang disebut gaya lemah, yang bertanggung jawab atas peluruhan, proses fundamental transformasi neutron menjadi proton, neutrino, dan elektron, yang kemudian diidentifikasi sebagai antineutrino.
Fermi awalnyadiasumsikan bahwa tidak ada jarak dan adhesi. Kedua partikel harus bersentuhan agar gaya bekerja. Sejak itu terungkap bahwa gaya lemah sebenarnya adalah gaya tarik menarik yang memanifestasikan dirinya dalam jarak yang sangat pendek, sama dengan 0,1% dari diameter proton.
Gaya listrik lemah
Dalam peluruhan radioaktif, gaya lemah kira-kira 100.000 kali lebih kecil dari gaya elektromagnetik. Namun, sekarang diketahui secara intrinsik sama dengan elektromagnetik, dan dua fenomena yang tampaknya berbeda ini dianggap sebagai manifestasi dari gaya elektro-lemah tunggal. Ini dikonfirmasi oleh fakta bahwa mereka bergabung pada energi yang lebih besar dari 100 GeV.
Terkadang mereka mengatakan bahwa interaksi lemah dimanifestasikan dalam peluruhan molekul. Namun, gaya antarmolekul bersifat elektrostatik. Mereka ditemukan oleh van der Waals dan menyandang namanya.
Model Standar
Interaksi lemah dalam fisika adalah bagian dari model standar - teori partikel elementer, yang menjelaskan struktur dasar materi menggunakan seperangkat persamaan elegan. Menurut model ini, partikel elementer, yaitu yang tidak dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, adalah penyusun alam semesta.
Salah satu partikel ini adalah quark. Para ilmuwan tidak menganggap keberadaan sesuatu yang kurang, tetapi mereka masih mencari. Ada 6 jenis atau varietas quark. Mari kita mengaturnyapertambahan massa:
- atas;
- bawah;
- aneh;
- pesona;
- menggemaskan;
- benar.
Dalam berbagai kombinasi, mereka membentuk berbagai jenis partikel subatom. Misalnya, proton dan neutron - partikel besar inti atom - masing-masing terdiri dari tiga quark. Dua bagian atas dan bagian bawah membentuk proton. Satu di atas dan dua di bawah membentuk neutron. Mengubah jenis quark dapat mengubah proton menjadi neutron, sehingga mengubah satu elemen menjadi elemen lain.
Jenis partikel elementer lainnya adalah boson. Partikel-partikel ini adalah pembawa interaksi, yang terdiri dari berkas energi. Foton adalah salah satu jenis boson, gluon adalah jenis lainnya. Masing-masing dari keempat gaya ini merupakan hasil dari pertukaran pembawa interaksi. Interaksi kuat dilakukan oleh gluon, dan interaksi elektromagnetik oleh foton. Graviton secara teoritis adalah pembawa gravitasi, tetapi belum ditemukan.
W- dan Z-boson
Interaksi lemah dilakukan oleh boson W dan Z. Partikel-partikel ini diprediksi oleh peraih Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam dan Abdus Gleshow pada 1960-an dan ditemukan pada 1983 di European Organization for Nuclear Research CERN.
W-boson bermuatan listrik dan dilambangkan dengan simbol W+ (bermuatan positif) dan W- (bermuatan negatif). W-boson mengubah komposisi partikel. Dengan memancarkan boson W bermuatan listrik, gaya lemah mengubah jenis quark, membuat protonmenjadi neutron atau sebaliknya. Inilah yang menyebabkan terjadinya fusi nuklir dan menyebabkan bintang-bintang terbakar.
Reaksi ini menciptakan unsur-unsur yang lebih berat yang akhirnya terlempar ke luar angkasa oleh ledakan supernova untuk menjadi bahan penyusun planet, tumbuhan, manusia, dan segala sesuatu di Bumi.
Arus netral
Z-boson netral dan membawa arus netral yang lemah. Interaksinya dengan partikel sulit dideteksi. Pencarian eksperimental untuk boson W dan Z pada tahun 1960-an membawa para ilmuwan ke teori yang menggabungkan gaya elektromagnetik dan gaya lemah menjadi satu "elektrolemah". Namun, teori tersebut mengharuskan partikel pembawa tidak berbobot, dan para ilmuwan tahu bahwa secara teoritis boson W harus berat untuk menjelaskan jarak pendeknya. Para ahli teori telah mengaitkan massa W dengan mekanisme tak kasat mata yang disebut mekanisme Higgs, yang menyediakan keberadaan boson Higgs.
Pada tahun 2012, CERN melaporkan bahwa para ilmuwan yang menggunakan akselerator terbesar di dunia, Large Hadron Collider, telah mengamati partikel baru "yang sesuai dengan Higgs boson."
Peluruhan Beta
Interaksi lemah dimanifestasikan dalam -peluruhan - proses di mana proton berubah menjadi neutron dan sebaliknya. Itu terjadi ketika, dalam inti dengan terlalu banyak neutron atau proton, salah satunya diubah menjadi yang lain.
Peluruhan beta dapat terjadi dengan salah satu dari dua cara:
- Dalam peluruhan minus-beta, terkadang ditulis sebagai− -peluruhan, neutron terpecah menjadi proton, antineutrino dan elektron.
- Interaksi lemah dimanifestasikan dalam peluruhan inti atom, kadang-kadang ditulis sebagai +-peluruhan, ketika sebuah proton terpecah menjadi neutron, neutrino, dan positron.
Salah satu elemen dapat berubah menjadi elemen lain jika salah satu neutronnya secara spontan berubah menjadi proton melalui peluruhan beta-minus, atau ketika salah satu protonnya secara spontan berubah menjadi neutron melalui + -pembusukan.
Peluruhan beta ganda terjadi ketika 2 proton dalam inti secara bersamaan diubah menjadi 2 neutron atau sebaliknya, menghasilkan emisi 2 elektron-antineutrino dan 2 partikel beta. Dalam peluruhan beta ganda hipotetis neutrino, neutrino tidak diproduksi.
Tangkapan elektronik
Proton dapat berubah menjadi neutron melalui proses yang disebut penangkapan elektron atau penangkapan-K. Ketika nukleus memiliki kelebihan jumlah proton relatif terhadap jumlah neutron, elektron, sebagai aturan, dari kulit elektron bagian dalam tampaknya jatuh ke dalam nukleus. Elektron orbital ditangkap oleh inti induk, produknya adalah inti anak dan neutrino. Nomor atom dari inti anak yang dihasilkan berkurang 1, tetapi jumlah total proton dan neutron tetap sama.
Reaksi fusi
Gaya lemah terlibat dalam fusi nuklir, reaksi yang menggerakkan matahari dan bom fusi (hidrogen).
Langkah pertama dalam fusi hidrogen adalah tumbukan duaproton dengan kekuatan yang cukup untuk mengatasi tolakan timbal balik yang mereka alami karena interaksi elektromagnetiknya.
Jika kedua partikel ditempatkan berdekatan, interaksi yang kuat dapat mengikat mereka. Ini menciptakan bentuk helium yang tidak stabil (2He), yang memiliki inti dengan dua proton, berlawanan dengan bentuk stabil (4He), yang memiliki dua neutron dan dua proton.
Langkah selanjutnya adalah interaksi yang lemah. Karena kelebihan proton, salah satunya mengalami peluruhan beta. Setelah itu, reaksi lain, termasuk pembentukan antara dan fusi 3He, akhirnya membentuk stabil 4He.
