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弱核力

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弱核力

中文名称 ：弱核力 外文名 ：weak nuclear force 作用于 ：所有物质粒子

弱核力造成放射性原子核或自由中子衰变的短程力，作用于所有物质粒子，而不作用于携带力的粒子。

与其它基本力的统一

它负责放射性现象，并只作用于自旋为1/2的物质粒子， 而对诸如光子、引力子(尚未证实存在)等自旋为0、1或2的粒子不起作用。直到1967年伦敦帝国学院的阿伯达斯·萨拉姆和哈佛的史蒂芬·温伯格提出了弱作用和电磁作用的统一理论后， 弱作用才被很好地理解。此举在物理学界所引起的震动，可与100年前麦克斯韦统一了电学和磁学并驾齐驱。温伯格--萨拉姆理论认为，除了光子，还存在其他3个自旋为1的被统称作重矢量玻色子的粒子， 它们携带弱力。它们叫W+(W正)、W-(W负)和Z0(Z零)，每一个具有大约100吉电子伏的质量(1吉电子伏为10亿电子伏)。上述理论展现了称作自发对称破缺的性质。它表明在低能量下一些看起来完全不同的粒子，事实上只是同一类型粒子的不同状态。在高能量下所有这些粒子都有相的行为。这个效应和轮赌盘上的轮赌球的行为相类似。在高能量下(当这轮子转得很快时)，这球的行为基本上只有一个方式--即不断地滚动着;但是当轮子慢下来时，球的能量就减少了，最终球就陷到轮子上的37个槽中的一个里面去。换言之，在低能下球可以存在于37个不同的状态。如果由于某种原因，我们只能在低能下观察球，我们就会认为存在37种不同类型的球!

相关研究

在温伯格--萨拉姆理论中， 当能量远远超过100吉电子伏时，这三种新粒子和光子都以相似的行为方式行为。但是，大部份正常情况下粒子能量要比这低，粒子之间的对称被破坏了。W+、W-和Z0得到了大的质量，使之携带的力变成非常短程。萨拉姆和温伯格提出此理论时，很少人相信他们，因为还无法将粒子加速到足以达到产生实的W+、W-和Z0粒子所需的一百吉电子伏的能量。但在此后的十几年里，在低能量下这个理论的其他预言和实验符合得这样好，以至于他们和也在哈佛的谢尔登格拉肖一起被授予1979年的物理诺贝尔奖。格拉肖提出过一个类似的统一电磁和弱作用的理论。由于1983年在CERN(欧洲核子研究中心)发现了具有被正确预言的质量和其他性质的光子的三个带质量的伴侣，使得诺贝尔委员会避免了犯错误的难堪。领导几百名物理学家作出此发现的卡拉·鲁比亚和开发了被使用的反物质储藏系统的CERN工程师西蒙·范德·米尔分享了1984年的诺贝尔奖。(除非你已经是巅峰人物，当今要在实验物理学上留下痕迹极其困难!)

弱相互作用的例子

β衰变 β-decay 原子核自发地放射出β粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变。放出电子的衰变过程称为β-衰变;放出正电子的衰变过程称为β+衰变;原子核从核外电子壳层中俘获一个轨道电子的衰变过程称为轨道电子俘获，俘获K层电子叫K俘获，俘获L层的叫L俘获，其余类推。通常，K俘获的几率量大。在 β衰变中，原子核的质量数不变，只是电荷数改变了一个单位。β衰变的半衰期分布在接近10秒到10年的范围内，发射出粒子的能量最大为几兆电子伏。β衰变不仅在重核范围内发生，在全部元素周期表范围内都存在β放射性核素。因此，对β衰变的研究比α衰变的研究更重要。

• β衰变中，原子核发生下列三种类型的变化:
• X→ Y+e-+ve(β-衰变)
• X→ Y+e++ve(β+衰变)
• X+e-→ Y+ve(EC)
• 式中X和Y分别代表母核和子核;A和Z是母核质量数和电荷数;
• e-、e+为电子和正电子，ve、ve为电子中微子和反电子中微子。

• 三种类型释放的衰变能分别为
• Qβ-=(mx-mY)c^2
• Qβ+=(mx-mY-2me)c^2，
• QEC=(mx-mY)c^2-wi
• 式中mX、mY分别为母核原子和子核原子的静质量;me为电子静质量;wi为轨道电子结合能;c为真空光速。轨道电子俘获可俘获K层电子 ，称为K俘获 ;也可以俘获L层电子，称为L俘获。轨道电子俘获所形成的子核原子于缺少一个内层电子而处于激发态，可通过外层电子跃迁发射X射线标识谱或发射俄歇电子而退激。最初以为β-连衰变仅放出电子 ，实际测量发现，放出的电子能 量从零到 Qβ- 连续分布 ，曾困惑物理学家多年 。1930年W.E.泡利提出β-衰变放出e-的同时还放出一个静质量为零、自旋为1/2的中性粒子 ，衰变能为电子和该粒子分享 ，该粒子后来被称为中微子 ，1952年以后被实验确凿证实。β衰变属于弱相互作用 。1956 年李政道和杨振宁提出弱相互作用过程宇称不守恒，第二年吴健雄等人利用极化核60Co的β衰变实验首次证实了宇称不守恒 。这一发现不仅促进了β衰变本身的研究，也促进了粒子物理的发展。

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暗物质也许根本感觉不到弱核力