什么是弱核力?为什么它很重要?

弱核力不遵守正常规则——事实上,它打破了最大的规则之一。

来源:Space.com: NASA,太空探索和天文新闻

早在 20 世纪 30 年代,物理学家就正在进行涉及他们所谓的“β 衰变”的实验。他们观察到,一个元素会突然喷出一个快速移动的电子,一旦完成,它就会变得不同——有时是同一元素的不同同位素,有时是完全不同的元素。

电子

所以每个人心中的问题是,这个衰变过程究竟是如何展开的?

恩里科·费米有一个答案:新的自然力。我们知道原子核是一束中子和质子。费米假设某种新的力可以将质子转变为中子,反之亦然,并在此过程中释放出电子和称为中微子的几乎无质量的粒子。

自然之力 中子 质子

这只是一个猜测。但他是对的,弱核力诞生了。

弱力量可以做其他力量做不到的事情。例如,它可以将一种夸克变成另一种夸克,这就是中子和质子交换位置的方式。

夸克

它也非常弱(因此得名)。它有一个耦合常数,这是一种描述罕见相互作用的奇特方式,这种相互作用可能比电磁力小 100,000 倍。而且它的射程非常短。在10^-18米左右,它与电磁力具有相同的强度,但在仅仅10^-17米处,它就已经弱了10,000倍以上。

而这种令人难以置信的弱点来自于弱力的另一个属性,它与其他力完全不同,并且它与承载弱力的东西有关。所有其他力的所有载体都是无质量的。但弱力的载体,即 W 和 Z 玻色子,比质子重。

玻色子
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希格斯玻色子

因此,弱力量不按正常规则行事——事实上,它打破了最大的规则之一。

中微子

尽管如此,我们得到了什么?弱力量曾经为我们做过什么?