Interaición débil

Interaición débil
	interaición fundamental
	modelo electrodébil (es)

La interacción débil, frecuentemente llamada fuercia débil o fuercia nuclear débil, ye una de los cuatro fuercies fundamentales de la naturaleza. Esta fuercia ye la responsable de fenómenos naturales como la desintegración radiactiva. L'efeutu más familiar ye'l decaimiento beta (de los neutrones nel nucleu atómicu) y la radioactividá. La pallabra "débil" deriva del fechu qu'un campu de fuercies ye de 10¹³ vegaes menor que la interacción nuclear fuerte; aun así esta interacción ye más fuerte que la gravitación a curties distancies.

Nel modelu estándar de la física de partícules, la fuercia débil considérase una consecuencia del intercambiu de bosones W y Z que son bien masivos, y acordies col principiu d'incertidume de Heisenberg son de curtia vida, lo cual esplica l'escasu algame d'esti tipu de fuercies.

Descripción y propiedaes

La interacción débil ye un tipu d'interacción ente partícules fundamentales, responsable de fenómenos naturales como la desintegración beta. Como interacción débil non yá puede causar efeutos puramente curiosos o repulsivos (como asocede por casu cola interacción electromagnética), sinón que tamién puede producir el cambéu d'identidá de les partícules arreyaes, esto ye, lo que se conoz como una reacción de partícules subatómiques.

La primer teoría pa entender la interacción débil remontar a los años 1930, cuando Fermi propunxo la so teoría de la escayencia beta en 1933. Sicasí, a finales de la década de 1960 propúnxose una esplicación más amplia y dafechu satisfactoria, la teoría electrodébil qu'esplicaba la interacción débil como un campu de Yang-Mills acomuñáu a un grupu de gauge o simetría interna EL SO(2).

Orixinalmente denominar "fuercia nuclear débil", una y bones la interacción débil ta confinada a bien curties distancies, de pocu más que'l nucleu atómicu, y porque ye bien débil en comparanza la fuercia nuclear fuerte que caltién xuníos neutrones y protones. Sicasí, si tener en cuenta que tamién ye la responsable de la escayencia de particulas de la familia del electrón como'l muon, fora del nucleu, prefier llamase a cencielles "débil". Los sos efeutos más considerables son por cuenta d'otra condición única: el so camudo de sabor.

Por cuenta de la debilidá d'esta interacción, les escayencies débiles son bien lentos comparaos coles escayencies fuertes o los electromagnéticos. Por casu, una escayencia electromagnética d'un pion neutru tien una vida de cerca de 10^-16 segundos; ente que una escayencia débil cargáu con un pion vive cerca de 10^-8 segundos, esto ye, cien millones de vegaes más llargu. Un neutrón llibre "vive" cerca de 15 minutos, faciéndola una partícula subatómica inestable cola vida media más llarga conocida.

Propiedaes

La interacción débil afecta a tou leptón con quiralidad maniega y a los quarks. Ye la única fuercia qu'afecta a los neutrinos (sacante pola gravitación, que nun se puede evitar a escales del llaboratoriu). La interacción débil ye única en dellos aspeutos:

Ye la única interacción capaz de camudar la so sabor
Ye la única interacción que viola la paridá de la simetría P (yá que namái actúa sobre electrones, muones y tauones levóxiros). Esta ye tamién la única que viola la simetría CP.
Ye la que media ente los bosones de gauge pesaos. Esta carauterística inusual ye esplicada nel modelu estándar pol mecanismu de Higgs.

Por cuenta de la gran masa de les partícules que tresporten la interacción débil (cerca de los 90 GeV/c²), la so vida media ta llindada a cerca de 3×10⁻²⁷ segundos, pol principiu d'incertidume. Inclusive a la velocidá de la lluz esta llende efeutiva del rangu de la interacción débil de 10⁻¹⁸ metros, cerca de mil veces más pequeña que'l diámetru del nucleu atómicu.

Considérese un neutrón (contién un quark up y dos quark down), anque'l neutrón ye más masivu que'l so "hermanu" nucleón (m(neutrón)= 939.5653 MeV, m(protón)=938.27203 MeV), nun puede aparrar nun protón (contién dos quark up y un quark down) ensin camudar el sabor d'unu de los quarks down. La interacción fuerte o'l electromagnetismu nun pueden camudar el so sabor, polo qu'esto namái puede asoceder al traviés d'una escayencia débil. Nesti procesu, un quark down nun neutrón camuda nun quark up emitiendo un bosón W, que depués se ruempe n'electrones d'alta enerxía y un antineutrino electrónicu. Los electrones altamente enerxéticos son radiación beta, esto ye llamáu desintegración beta.

Tipos d'Interacción

Hai tres tipos básicos de vértices de la interacción débil (hasta la conxugación de la carga y l'encruz simétricu). Dos d'ellos envolubren bosones cargaos, que son llamaos "interacciones de corriente cargada". El tercer tipu ye llamáu "interacción de corriente neutral".

Un leptón cargáu (como un electrón o un muon) puede emitir o absorber un bosón W y convertilo nel so correspondiente neutrín.
Un quark tipu down (con carga -1/3) puede emitir o absorber a un bosón W y convertilo nuna superposición de quark up. Al contrariu, un quark up puede convertir nuna superposición de quarks down. El conteníu exacto de la superposición ye dau pola matriz CKM.
O bien un leptón o un quark puede emitir o absorber un bosón Z.

Dos interacciones de corrientes cargaes xuntes son responsables del fenómenu de la desintegración beta. La interacción de corriente neutra foi la primera en ser reparada nun esperimentu de dispersión de neutrinos en 1974 y nun esperimentu de choques en 1983.

Violación de simetría

Les lleis de la naturaleza tienen a siguir siendo les mesmes si mirar col mesmu espeyu de reflexón, la inversión de tolos espacios euclidianos. Los resultaos d'un esperimentu vistos vía un espeyu esperábase que fueren idénticos a los resultaos d'una copia de too l'esperimentu reflexada nun espeyu. La, asina llamada, llei de caltenimientu de la paridá foi conocida por ser respetada pola gravitación clásica y l'electromagnetismu, entós supúnxose que yera una llei universal. Sicasí, a mediaos de los años 1950, Chen Ning Yang y Tsung-Dao Lee suxirieron que la interacción débil podría violar esta llei. Chien Shiung Wu y otros collaboradores afayaron en 1957 que la interacción débil violaba la paridá, polo que Yang y Lee llograron el Nobel de Física de 1957 pol so trabayu.

Anque la interacción débil usar pa ser descrita pola teoría de Fermi d'una interacción de contautu de cuatro fermiones, el descubrimientu de la violación de la paridá y la teoría de renormalización suxer qu'un nuevu enfoque ye necesariu. En 1957, Robert Marshak, George Sudarshan y darréu Richard Feynman y Murray Gell-Mann propunxeron un V-A (vector menos un vector axial o levógiro) lagrangiano pa interacciones débiles. Nesta teoría, la interacción débil actúa solo nes partícules levógiras (y antipartícules dextrógiras). Puesto que la reflexón d'un espeyu d'una partícula levógira ye una partícula dextrógira, esto esplica la máxima violación de la paridá.

Sicasí, esta teoría dexó una simetría compuesta CP pa ser caltenida. CP combina paridá P (intercambiando derecha a esquierda) con conxugación de carga C (intercambiando partícules con antipartícules). Físicos fueron nuevamente sorprendíos cuando en 1964, James Cronin y Val Fitch aprovieron evidencia clara nuna desintegración d'un kaón, que la simetría CP podía ser rota tamién, ganando'l premiu Nobel de Física de 1980. A diferencia de la violación de la paridá, la violación CP tien efeutos bien pequeños.

Teoría o modelu electrodébil

El modelu estándar de la física de partícules describe la interacción electromagnética y l'interacción débil como dos distintos aspeutos d'una única interacción electrodébil, la teoría que foi desenvuelta en 1968 por Sheldon Lee Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg. Ellos ganaron el Nobel de Física de 1979 por esti trabayu. Esta teoría postulaba la esistencia de dos bosones másicos los bosones W y Z que finalmente fueron atopaos empíricamente en 1983 nel CERN.

Acorde a la teoría electrodébil, a bien altes enerxíes, pueden reparase cuatro bosones vectoriales de gauge ensin masa y similares al fotón, xunto con un campu de Higgs esguilar (acomuñáu al bosón de Higgs). Sicasí, a baxes enerxíes, la interacción col bosón de Higgs causa una rotura bonal de simetría electrodébil por aciu el llamáu mecanismu de Higgs. La rotura de la simetría produz trés bosones de Goldstone ensin masa que son "comíos" por trés de los bosones de gauge orixinales, adquiriendo una masa efeutivo. Los trés bosones con masa son precisamente los bosones W y Z acomuñaos a la interacción débil, ente que'l cuartu bosón permanez ensin masa y ye observable como'l fotón del campu electromagnético.

Esta teoría tien un númberu de predicciones impresionantes, incluyendo una predicción de la masa relativo de los bosones W y Z, enantes del so descubrimientu en 1983. Esperimentalmente'l puntu más complicáu foi la detección del bosón de Higgs que namái se llogró n'abril de 2011 y confirmóse la detección en xunu de 2012. Producir un bosón de Higgs foi unu de los grandes llogros del LHC que se construyó nel CERN.

Ver tamién

Referencies

David J. Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4.
D.A. Bromley (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 3-540-67672-4.
Gordon L. Kane (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 0-201-11749-5.