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1簡介

弱核力 weak nuclear force
造成放射性原子核或自由中子衰變的短程力,作用於所有物質粒子,而不作用於攜帶力的粒子。

2與其它基本力的統一

它負責放射性現象,並只作用於自旋為1/2的物質粒子, 而對諸如光子、引力子等自旋為0、1或2的粒子不起作用。直到1967年倫敦帝國學院的阿伯達斯·薩拉姆和哈佛的史蒂芬·溫伯格提出了弱作用和電磁作用的統一理論后, 弱作用才被很好地理解。此舉在物理學界所引起的震動,可與100年前馬克斯韋統一了電學和磁學並駕齊驅。溫伯格——薩拉姆理論認為,除了光子,還存在其他3個自旋為1的被統稱作重矢量玻色子的粒子, 它們攜帶弱力。它們叫W+(W正)、W-(W負)和Z0(Z零),每一個具有大約100吉電子伏的質量(1吉電子伏為10億電子伏)。上述理論展現了稱作自發對稱破缺的性質。它表明在低能量下一些看起來完全不同的粒子,事實上只是同一類型粒子的不同狀態。
弱核力

  弱核力

在高能量下所有這些粒子都有相的行為。這個效應和輪賭盤上的輪賭球的行為相類似。在高能量下(當這輪子轉得很快時),這球的行為基本上只有一個方式——即不斷地滾動著;但是當輪子慢下來時,球的能量就減少了,最終球就陷到輪子上的37個槽中的一個裡面去。換言之,在低能下球可以存在於37個不同的狀態。如果由於某種原因,我們只能在低能下觀察球,我們就會認為存在37種不同類型的球!

3相關研究

在溫伯格——薩拉姆理論中, 當能量遠遠超過100吉電子伏時,這三種新粒子和光子都以相似的行為方式行為。但是,大部份正常情況下粒子能量要比這低,粒子之間的對稱被破壞了。W+、W-和Z0得到了大的質量,使之攜帶的力變成非常短程。薩拉姆和溫伯格提出此理論時,很少人相信他們,因為還無法將粒子加速到足以達到產生實的W+、W-和Z0粒子所需的一百吉電子伏的能量。但在此後的十幾年裡,在低能量下這個理論的其他預言和實驗符合得這樣好,以至於他們和也在哈佛的謝爾登格拉肖一起被授予1979年的物理諾貝爾獎。格拉肖提出過一個類似的統一電磁和弱作用的理論。由於1983年在CERN(歐洲核子研究中心)發現了具有被正確預言的質量和其他性質的光子的三個帶質量的伴侶,使得諾貝爾委員會避免了犯錯誤的難堪。領導幾百名物理學家作出此發現的卡拉·魯比亞和開發了被使用的反物質儲藏系統的CERN工程師西蒙·范德·米爾分享了1984年的諾貝爾獎。(除非你已經是巔峰人物,當今要在實驗物理學上留下痕迹極其困難!)

4弱相互作用的例子

β衰變
  β-decay
  原子核自發地放射出β粒子或俘獲一個軌道電子而發生的轉變。放出電子的衰變過
  
   β衰變
  程稱為β-衰變;放出正電子的衰變過程稱為β+衰變;原子核從核外電子殼層中俘獲一個軌道電子的衰變過程稱為軌道電子俘獲,俘獲K層電子叫K俘獲,俘獲L層的叫L俘獲,其餘類推。通常,K俘獲的幾率量大。在 β衰變中,原子核的質量數不變,只是電荷數改變了一個單位。
  β衰變的半衰期分佈在接近10秒到10年的範圍內,發射出粒子的能量最大為幾兆電子伏。β衰變不僅在重核範圍內發生,在全部元素周期表範圍內都存在β放射性核素。因此,對β衰變的研究比α衰變的研究更重要。
  β衰變中,原子核發生下列三種類型的變化:
  X→ Y+e-+ve(β-衰變)
  X→ Y+e++ve(β+衰變)
  X+e-→ Y+ve(EC)
  式中X和Y分別代表母核和子核;A和Z是母核質量數和電荷數;
  e-、e+為電子和正電子,ve、ve為電子中微子和反電子中微子。
  三種類型釋放的衰變能分別為
  Qβ-=(mx-mY)c^2
  Qβ+=(mx-mY-2me)c^2,
  QEC=(mx-mY)c^2-wi
  式中mX、mY分別為母核原子和子核原子的靜質量;me為電子靜質量;wi為軌道電子結合能;c為真空光速。
  軌道電子俘獲可俘獲K層電子 ,稱為K俘獲 ;也可以俘獲L層電子,稱為L俘獲。軌道電子俘獲所形成的子核原子於缺少一個內層電子而處於激發態,可通過外層電子躍遷發射X射線標識譜或發射俄歇電子而退激。最初以為β-連衰變僅放出電子 ,實際測量發現,放出的電子能 量從零到 Qβ- 連續分佈 ,曾困惑物理學家多年 。
  1930年W.E.泡利提出β-衰變放出e-的同時還放出一個靜質量為零、自旋為1/2的中性粒子 ,衰變能為電子和該粒子分享 ,該粒子後來被稱為中微子 ,1952年以後被實驗確鑿證實。
  β衰變屬於弱相互作用 。1956 年李政道和楊振寧提出弱相互作用過程宇稱不守恆,第二年吳健雄等人利用極化核60Co的β衰變實驗首次證實了宇稱不守恆 。這一發現不僅促進了β衰變本身的研究,也促進了粒子物理的發展。
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