Одна из главных сил природы: что такое слабое взаимодействие, которое помогает жить Солнцу

В 1930-х годах физики проводили эксперименты, связанные с бета-распадом атомных ядер. Они обнаружили, как ядро химического элемента висмут внезапно выпускает быстро движущийся электрон. Было известно, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Энрико Ферми выдвинул гипотезу, что новая сила может превратить протон в нейтрон и наоборот, высвободив при этом электрон и почти безмассовую частицу, называемую нейтрино. Таким образом физикам стало известно, что существует слабое взаимодействие. Это одна из четырех главных сил природы наряду с электромагнитным, сильным взаимодействием и гравитацией. О том, что из себя представляет слабое взаимодействие и почему оно имеет важное значение, пишет Space.

У Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Слабое взаимодействие может делать то, чего не может никакое другое взаимодействие

Слабое взаимодействие может делать то, чего не может никакое другое взаимодействие. Например, оно может превращать один тип кварка (частицы из которых состоят протоны и нейтроны) в другой, благодаря чему нейтроны и протоны могут меняться местами. Оно также невероятно слабое, отсюда и название. И у него невероятно короткий радиус действия. На расстоянии около 10 в минус 18 степени метров оно имеет ту же силу, что и электромагнитное взаимодействие, но всего на расстоянии 10 в минус 17 степени метров оно уже более чем в 10 000 раз слабее.

Переносчик слабого взаимодействия

Эта невероятная слабость происходит из другого свойства слабого взаимодействия, которое совершенно не похоже на другие взаимодействия, и связано с тем, что является переносчиком этой силы природы. Все переносчики других взаимодействий не имеют массы, но переносчики слабого взаимодействия, известные как W- и Z-бозоны, тяжелее протона.

Но как может слабое взаимодействие иметь переносчиков с массой? Ответ дал физик Питер Хиггс. Вся причина существования бозона Хиггса заключается в том, чтобы объяснить, почему слабое взаимодействие существует именно так. К тому же бозон Хиггса отвечает за придание массы другим частицам.

Слабое взаимодействие не подчиняется обычным правилам физики

Слабое взаимодействие не подчиняется обычным правилам физики и, по сути, нарушает одно из самых важных правил. Все остальные главные силы природы подчиняются так называемой симметрии четности. Если провести физический эксперимент и сравнить его с тем же экспериментом в зеркале, результаты должны быть одинаковыми.

У всех частиц также есть свойство, известное как спиральность. Это характеристика состояния элементарной частицы, которая определяет, совпадает ли направление ее спина (собственный момент импульса) с направлением движения. Спиральность может быть левосторонней и правосторонней. Все элементарные частицы спонтанно появляются с равной долей левой и правой спиральности. Это гарантирует, что их версии в зеркальной вселенной идентичны, тем самым сохраняется симметрия четности.

Но нейтрино, крошечные частицы, созданные только слабым взаимодействием, делают кое-что еще. Нейтрино всегда имеют только левую спиральность. Если вы посмотрите на процесс, происходящий под действием слабого взаимодействия в зеркале, вы увидите нейтрино с правой спиральностью, которых не существует. Это нарушает зеркальную симметрию, и слабое взаимодействие является единственной силой, которая способна это сделать.

Таким образом, слабое взаимодействие — это единственная сила природы, способная изменять тип частиц, единственная сила, переносчиком которой являются частицы с массой, и единственная сила, нарушающая симметрию четности.

Слабое взаимодействие позволяет Солнцу существовать

Но это еще не все. Если вы хотите объединить два атома водорода, вы не сможете сделать это просто так, потому что они отталкиваются друг от друга. Нужно превратить один из протонов в нейтрон, чтобы они могли соединиться. Это создает дейтрон, что является названием для связанных протона и нейтрона. Затем эти дейтроны сливаются, образуя гелий, и выделяется энергия.

То есть происходит термоядерный синтез водорода с выделением термоядерной энергии. Этот синтез происходит в том числе и в ядре Солнца. А что превращает протон в нейтрон? Слабое взаимодействие. Таким образом, слабое взаимодействие позволяет Солнцу существовать и выделять энергию и свет.

Что касается Солнца, то недавно оно выпустило сразу четыре корональных выброса массы, которые врежутся в магнитное поле Земли и могут вызвать появление геомагнитной бури, как уже писал Фокус.

Также Фокус писал о том, что самая большая ракета в мире станет еще больше. Компания SpaceX успешно завершила испытания самой мощной и большой ракеты в мире под названием Starship. Но теперь эту ракету ждет модернизация, чтобы она могла осуществлять полеты на Красную планету и Луну.