Одна з головних сил природи: що таке слабка взаємодія, яка допомагає жити Сонцю

У 1930-х роках фізики проводили експерименти, пов'язані з бета-розпадом атомних ядер. Вони виявили, як ядро хімічного елемента вісмут раптово випускає електрон, що швидко рухається. Було відомо, що ядро атома складається з протонів і нейтронів. Енріко Фермі висунув гіпотезу, що нова сила може перетворити протон на нейтрон і навпаки, вивільнивши при цьому електрон і майже безмасову частинку, звану нейтрино. Таким чином фізикам стало відомо, що існує слабка взаємодія. Це одна з чотирьох головних сил природи поряд з електромагнітною, сильною взаємодією і гравітацією. Про те, що з себе представляє слабка взаємодія і чому вона має важливе значення, пише Space.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Слабка взаємодія може робити те, чого не може жодна інша взаємодія

Слабка взаємодія може робити те, чого не може жодна інша взаємодія. Наприклад, вона може перетворювати один тип кварка (частинки, з яких складаються протони і нейтрони) на інший, завдяки чому нейтрони і протони можуть мінятися місцями. Воно також неймовірно слабке, звідси і назва. І в нього неймовірно короткий радіус дії. На відстані близько 10 у мінус 18 ступені метрів вона має ту саму силу, що й електромагнітна взаємодія, але всього на відстані 10 у мінус 17 ступені метрів вона вже більш ніж у 10 000 разів слабкіша.

Переносник слабкої взаємодії

Ця неймовірна слабкість походить з іншої властивості слабкої взаємодії, яка зовсім не схожа на інші взаємодії, і пов'язана з тим, що є переносником цієї сили природи. Усі переносники інших взаємодій не мають маси, але переносники слабкої взаємодії, відомі як W- і Z-бозони, важчі за протон.

Але як може слабка взаємодія мати переносників із масою? Відповідь дав фізик Пітер Гіггс. Уся причина існування бозона Гіггса полягає в тому, щоб пояснити, чому слабка взаємодія існує саме так. До того ж бозон Гіггса відповідає за надання маси іншим частинкам.

Слабка взаємодія не підпорядковується звичайним правилам фізики

Слабка взаємодія не підпорядковується звичайним правилам фізики і, по суті, порушує одне з найважливіших правил. Усі інші головні сили природи підкоряються так званій симетрії парності. Якщо провести фізичний експеримент і порівняти його з тим самим експериментом у дзеркалі, результати мають бути однаковими.

У всіх частинок також є властивість, відома як спіральність. Це характеристика стану елементарної частинки, яка визначає, чи збігається напрямок її спіна (власний момент імпульсу) з напрямком руху. Спіральність може бути лівобічною і правобічною. Усі елементарні частинки спонтанно з'являються з рівною часткою лівої та правої спіральності. Це гарантує, що їхні версії в дзеркальному всесвіті ідентичні, тим самим зберігається симетрія парності.

Але нейтрино, крихітні частинки, створені тільки слабкою взаємодією, роблять дещо ще. Нейтрино завжди мають тільки ліву спіральність. Якщо ви подивитеся на процес, що відбувається під дією слабкої взаємодії в дзеркалі, ви побачите нейтрино з правою спіральністю, яких не існує. Це порушує дзеркальну симетрію, і слабка взаємодія є єдиною силою, яка здатна це зробити.

Таким чином, слабка взаємодія — це єдина сила природи, здатна змінювати тип частинок, єдина сила, переносником якої є частинки з масою, і єдина сила, що порушує симетрію парності.

Слабка взаємодія дає змогу Сонцю існувати

Але це ще не все. Якщо ви хочете об'єднати два атоми водню, ви не зможете зробити це просто так, тому що вони відштовхуються один від одного. Потрібно перетворити один із протонів на нейтрон, щоб вони могли з'єднатися. Це створює дейтрон, що є назвою для пов'язаних протона і нейтрона. Потім ці дейтрони зливаються, утворюючи гелій, і виділяється енергія.

Тобто відбувається термоядерний синтез водню з виділенням термоядерної енергії. Цей синтез відбувається, зокрема, і в ядрі Сонця. А що перетворює протон на нейтрон? Слабка взаємодія. Таким чином, слабка взаємодія дає змогу Сонцю існувати і виділяти енергію та світло.

Щодо Сонця, то нещодавно воно випустило одразу чотири корональних викиди маси, які вріжуться в магнітне поле Землі і можуть спричинити появу геомагнітної бурі, як уже писав Фокус.

Також Фокус писав про те, що найбільша ракета у світі стане ще більшою. Компанія SpaceX успішно завершила випробування найпотужнішої і найбільшої ракети у світі під назвою Starship. Але тепер на цю ракету чекає модернізація, щоб вона могла здійснювати польоти на Червону планету і Місяць.