Svag växelverkan
Svag växelverkan eller svag kärnkraft är en av de fyra fundamentala krafterna i naturen.[1] Den ligger bland annat bakom betasönderfall, en form av radioaktivt sönderfall.[2] Den förmedlas av W-bosonerna (W+ och W−) och Z-bosonen (Z0).[3]
Den svaga växelverkan verkar på kvarkar och leptoner, däribland neutriner, och kan genom laddade W-bosoner omvandla kvarkar från en smak till en annan.[4] Den har mycket kort räckvidd, omkring 10−18 meter, vilket hänger samman med W- och Z-bosonernas stora massor.[4] I standardmodellen beskrivs den svaga och den elektromagnetiska växelverkan som delar av en gemensam elektrosvag växelverkan.[5]
Egenskaper
[redigera | redigera wikitext]Den svaga växelverkan påverkar neutriner, laddade leptoner och kvarkar.[6]
Med en mycket begränsad räckvidd verkar den svaga växelverkan endast över avstånd på omkring 10−18 meter, ungefär en protons radie.[4] Denna korta räckvidd beror på W- och Z-bosonernas stora massa (cirka 90 GeV),[7] som också gör partiklarna kortlivade – deras livslängd är i medel kortare än 1×10−24 sekunder.[3]
Den svaga växelverkan bryter mot paritet, det vill säga spegelsymmetrin mellan höger och vänster.[2] Växelverkan kan ske genom antingen en laddad ström, där de reagerande partiklarna ändrar elektrisk laddning, eller en neutral ström, där deras laddning inte ändras.[2]
Teoretisk beskrivning
[redigera | redigera wikitext]Den elektromagnetiska kraften och den svaga kärnkraften kan tolkas som två skilda sidor av en enda elektrosvag växelverkan.[5] Den elektrosvaga teorin i standardmodellen är en renormaliserbar gaugeteori baserad på symmetrigruppen SU(2) × U(1), vars kvanttal kallas svagt isospinn respektive svag hyperladdning.[6]
Genom spontant symmetribrott i Higgsfältet bryts den elektrosvaga symmetrin till elektromagnetismens U(1)-symmetri, varvid W- och Z-bosonerna får massa medan fotonen förblir masslös.[6] Fotonfältet och Z-bosonfältet är olika linjärkombinationer av de neutrala gaugefälten B och W3, där blandningen bestäms av den svaga blandningsvinkeln θW.[6] W+ och W− motsvarar de laddade svaga bosonfälten, medan Z-bosonen motsvarar det neutrala svaga bosonfältet.[6]
De vänsterhänta lepton- och kvarkfälten bildar dubletter under SU(2), medan de högerhänta fermionfälten är singletter.[6] För nedtypskvarkarna är växelverkansbasen och massbasen relaterade genom CKM-matrisen, som beskriver blandningen mellan olika kvarksmaker.[6] Vid rörelsemängder som är små jämfört med W-bosonens massa kan den laddade svaga växelverkan beskrivas som en effektiv fyrfermionväxelverkan med Fermi-konstanten.[6]
Fysikaliska processer
[redigera | redigera wikitext]Den svaga växelverkan gör det möjligt för kvarkar att förändras från en smak till en annan genom att avge en elektriskt laddad W-boson.[4] För leptoner kopplar W-bosonerna exempelvis samman elektronen med elektronneutrinon i den laddade svaga växelverkan.[6]
Ett viktigt exempel är betasönderfall, där en neutron kan omvandlas till en proton samtidigt som en elektron avges.[2] Även myonens sönderfall är en process som sker genom laddad svag ström.[6] I neutrala strömprocesser kan en neutrino spridas mot en elektron eller en hadron och därefter fortsätta som neutrino.[8]
Den svaga växelverkan är också nödvändig för solens energiproduktion, eftersom det första steget i den reaktionskedja där väte omvandlas till helium innebär en omvandling av väte till deuterium som orsakas av den svaga växelverkan.[2]
Historik
[redigera | redigera wikitext]
Den första teorin för den svaga växelverkan lades fram av Enrico Fermi 1934 för att beskriva betasönderfall.[2] På 1950-talet undersökte Tsung-Dao Lee och Yang Chen Ning om antagandet att elementarpartikelfysikens processer är symmetriska under spegling verkligen hade experimentellt stöd och föreslog experiment som kunde pröva detta.[9] Det första av dessa experiment genomfördes av Chien-Shiung Wu och hennes medarbetare med radioaktiva koboltkärnor och visade att betasönderfallet inte är symmetriskt med avseende på höger och vänster.[9]
Under 1960-talet utvecklade Sheldon Glashow, Abdus Salam och Steven Weinberg i separata arbeten en teori som förenade den svaga och den elektromagnetiska växelverkan i ett gemensamt teoretiskt ramverk.[2] Deras bidrag till teorin om den förenade svaga och elektromagnetiska växelverkan ledde fram till Nobelpriset i fysik 1979, som delades mellan Glashow, Salam och Weinberg.[5] I början av 1970-talet utvecklade Gerardus 't Hooft och Martinus J.G. Veltman den matematiska behandlingen av den elektrosvaga teorin så att den kunde användas för noggranna kvantitativa beräkningar.[10]
År 1973 presenterade forskarna vid Gargamelle-experimentet vid CERN de första direkta beläggen för den svaga neutrala strömmen, som hade förutsagts av den elektrosvaga teorin.[8] År 1983 upptäckte experimenten UA1 och UA2 vid CERN de W- och Z-bosoner som teorin förutsade som förmedlarpartiklar för den svaga växelverkan.[4] För de avgörande bidragen till det projekt som ledde till upptäckten av W- och Z-bosonerna tilldelades Carlo Rubbia och Simon van der Meer Nobelpriset i fysik 1984.[11]
Se även
[redigera | redigera wikitext]Referenser
[redigera | redigera wikitext]Noter
[redigera | redigera wikitext]- ↑ ”Nobelpriset i fysik 2004 – Populärvetenskaplig information”. NobelPrize.org. 5 oktober 2004. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2004/9441-popular-information-swedish/. Läst 8 augusti 2026.
- 1 2 3 4 5 6 7 ”Press release: The 1979 Nobel Prize in Physics” (på engelska). NobelPrize.org. 1979. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1979/press-release/. Läst 8 augusti 2026.
- 1 2 Peter Watkins (1986) (på engelska). Story of the W and Z. Cambridge University Press, Cambridge. sid. 70. ISBN 978-0-521-31875-4. http://books.google.co.uk/books?id=J808AAAAIAAJ&pg=PA70. Läst 2 januari 2014
- 1 2 3 4 5 ”The Z boson” (på engelska). CERN. European Organization for Nuclear Research. https://home.cern/science/physics/z-boson. Läst 8 augusti 2026.
- 1 2 3 ”The Nobel Prize in Physics 1979” (på engelska). NobelPrize.org. Nobel Media. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1979/summary/. Läst 2 januari 2014.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 de Blas, Jorge; Dittmaier, Stefan; Kogler, Roman (2025). ”Electroweak Model and Constraints on New Physics” (på engelska). Review of Particle Physics. Particle Data Group. https://pdg.lbl.gov/2025/reviews/rpp2025-rev-standard-model.pdf. Läst 8 augusti 2026.
- ↑ W.-M. Yao et al. Particle Data Group (2006). ”Review of Particle Physics: Quarks” (på engelska). Journal of Physics G 33: sid. 36. doi:. http://iopscience.iop.org/0954-3899/33/1/001/media/quarks.pdf. Läst 2 januari 2014.
- 1 2 ”Gargamelle” (på engelska). CERN. European Organization for Nuclear Research. https://home.cern/science/experiments/gargamelle. Läst 8 augusti 2026.
- 1 2 Klein, Oskar (1957). ”Award ceremony speech” (på engelska). The Nobel Prize in Physics 1957. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/ceremony-speech/. Läst 8 augusti 2026.
- ↑ ”Gerardus 't Hooft – Facts” (på engelska). NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1999/thooft/facts/. Läst 8 augusti 2026.
- ↑ ”The Nobel Prize in Physics 1984” (på engelska). NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1984/summary/. Läst 8 augusti 2026.
Allmänna källor
[redigera | redigera wikitext]- Griffiths, David J. (2008). Introduction to Elementary Particles. Wiley-VCH GmbH & Co, Weinheim. ISBN 978-3-527-40601-2
- B.R. Martin, G. Shaw; "Particle physics", John Wiley & Sons, Chichester (England), 3:e uppl. (2008). ISBN 978-0-470-03293-0
- D.A. Bromley (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 3-540-67672-4
- Gordon L. Kane (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 0-201-11749-5
Externa länkar
[redigera | redigera wikitext]- 1957 års Nobelpris i fysik Svag växelverkan bevarar inte pariteten.
- 1979 års Nobelpris i fysik Teorin för elektrosvag växelverkan.
- 1980 års Nobelpris i fysik CP-symmetrin bevaras inte vid neutrala kaoners sönderfall.
|
