How big is Raza de acțiune a forței slabe?

Forța slabă este una dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii și acționează numai pe distanțe foarte mici. Raza ei de acțiune, adică distanța la care poate ajunge, este de aproximativ 10⁻¹⁸ metri, sau 1 attometru. Această valoare este mai mică de o miime din lățimea unui proton.

Distanță

Un attometru este 10⁻¹⁸ metri, adică o miliardime dintr-o miliardime de metru. Notația 10⁻¹⁸ înseamnă 1 împărțit la un 1 urmat de 18 zerouri. Raza de acțiune nu este o margine pe care cineva să o fi măsurat cu un instrument. Este o estimare, calculată pornind de la masa particulelor care transmit forța.

Forța slabă este transmisă de particule numite bosoni W și Z. Ele sunt grele: un boson W are o masă de aproximativ 86 de ori mai mare decât a unui proton, iar un boson Z, de aproximativ 97 de ori mai mare. Fizica cuantică permite unei particule care transmite o forță să existe doar pentru un scurt moment, iar cu cât particula este mai grea, cu atât momentul este mai scurt.

Chiar deplasându-se aproape cu viteza luminii, un boson W poate parcurge în acest interval doar aproximativ 2 × 10⁻¹⁸ metri, potrivit manualului University Physics Volume 3. CERN, laboratorul european de fizica particulelor, rotunjește raza de acțiune la aproximativ 10⁻¹⁸ metri. CERN adaugă că forța dispare complet dincolo de raza unui singur proton.

Comparații de dimensiune

Un proton, cu un diametru de aproximativ 1,7 femtometri (1,7 × 10⁻¹⁵ metri), este de aproximativ 1.700 de ori mai lat decât raza de acțiune a forței slabe.
Forța tare, care ține quarcii laolaltă în interiorul protonilor și neutronilor, ajunge la aproximativ 10⁻¹⁵ metri, adică de aproximativ 1.000 de ori mai departe decât forța slabă.
Experimentele au constatat că un quarc, dacă are vreo dimensiune, are mai puțin de aproximativ 8,6 × 10⁻¹⁹ metri în diametru, ceva mai puțin decât raza de acțiune a forței slabe.
Dacă raza de acțiune a forței slabe ar fi mărită până la grosimea unui fir de păr uman, care este de aproximativ 0,1 milimetri, un proton ar avea un diametru de aproximativ 17 centimetri, iar un atom de hidrogen ar avea un diametru de aproximativ 11 kilometri.

Ce face forța slabă

Forța slabă poate transforma un tip de quarc în altul. Așa se transformă un neutron într-un proton în dezintegrarea beta, un tip de dezintegrare radioactivă. Neutronul emite un boson W și devine proton, iar bosonul W se transformă apoi într-un electron și un antineutrin.

Forța slabă poate transforma și un proton într-un neutron. Acest lucru se întâmplă în prima etapă a fuziunii nucleare care alimentează Soarele. Doi protoni se combină, iar unul dintre ei devine neutron, formând deuteriu, o formă grea a hidrogenului. Neutrinii simt doar forța slabă și gravitația, iar cei mai mulți trec printr-o planetă întreagă fără să fie opriți.

Deși se numește slabă, această forță este mult mai puternică decât gravitația. CERN explică faptul că ea este în esență la fel de puternică precum forța electromagnetică și pare slabă pentru că bosonii W și Z, care sunt grei, îi limitează raza de acțiune.

Descoperirea bosonilor W și Z

Enrico Fermi a propus prima teorie a forței slabe în 1933. În anii 1960, Sheldon Glashow, Abdus Salam și Steven Weinberg au propus ideea că forța slabă și forța electromagnetică sunt două forme ale unei singure forțe electroslabe. Teoria lor a prezis bosonii W și Z și, împreună cu experimentele anterioare, masele acestora.

Pentru a produce bosonii, fizicienii de la CERN au transformat cel mai mare accelerator al laboratorului într-o mașină care ciocnea protoni cu antiprotoni. Experimentele UA1 și UA2 au observat acolo ambele particule pentru prima dată în 1983, cu masele prezise. Carlo Rubbia și Simon van der Meer au primit Premiul Nobel pentru Fizică din 1984 pentru descoperire.