Слабое взаимодействие

Слабое взаимодействие ответственно за распады частиц; и поэтому с его проявлением столкнулись с открытием радиоактивности и исследованием β - распада.

Исследования проводил Э. Резерфорд: он установил, что радиоактивные атомы испускают частицы двух типов, которые назвал α - и β - частицами. α - ядра гелия, а β - частицы – быстро летящие электроны.

У β - распада обнаружилась в высшей степени странная особенность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде как будто нарушается один из фундаментальных законов физики – закон сохранения энергии. Казалось, что часть энергии куда-то исчезала. Чтобы «спасти» закон сохранения энергии, В. Паули предположил, что при β - распаде вместе с электроном вылетает, унося с собой недостаточную энергию, еще одна частица. Она – нейтральная и обладает необычайно высокой проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось наблюдать. Итальянский физик, один из создателей ядерной и нейтронной физики, лауреат Нобелевской Премии (1938 г.) Э. Ферми (1901–1954 гг.), назвал частицу – невидимку «нейтрино».

Но предсказание нейтрино – это только начало проблемы, ее постановка. Нужно было объяснить природу нейтрино, но здесь оставалось много загадочного. Дело в том, что электроны и нейтрино испускались нестабильными ядрами. Но было неопровержимо доказано, что внутри ядер нет таких частиц. Как же они возникали? Было высказано предположение, что электроны и нейтрино не существует в ядре в «готовом виде», а каким-то образом образуются из энергии радиоактивного ядра. Дальнейшие исследования показали, что входящие в состав ядра нейтроны, предоставленные самим себе, через несколько минут распадаются на протон, электрон и нейтрино, т.е. вместо одной частицы появляются три новые. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, видимо, порождался какой-то иной, неизвестной силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторое слабое взаимодействие.

Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного, и в системах, где оно присутствует, его эффекты оказываются в тени электромагнитного и сильного взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие распространяется на очень незначительных расстояниях. Радиус слабого взаимодействия очень мал. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, большем 10-16см от источника, и потому оно не может влиять на макроскопические объекты, а ограничивается микромиром, субатомными частицами. Когда началось лавинообразное открытие множества нестабильных, субъядерных частиц, то обнаружилось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

Теория слабого взаимодействия была создана в конце 60-х гг. ХХ в.      С момента построения Максвеллом теории электромагнитного поля создание этой теории явилось самым крупным шагом на пути к единству физики.

В 1983 г. открыты переносчики слабого взаимодействия, три частицы – W+, W-, Z0 – бозоны. Это частицы с большой массой покоя, поскольку радиус слабого взаимодействия чрезвычайно мал. В соответствии с принципом неопределенности время жизни частиц с такой большой массой покоя должен быть чрезвычайно коротким – всего лишь около 10-26сек.