भौतिकी में कमजोर बल क्या है?

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

कमजोर बल उन चार मूलभूत शक्तियों में से एक है जो ब्रह्मांड में सभी पदार्थों को नियंत्रित करती हैं। अन्य तीन गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुंबकत्व और प्रबल बल हैं। जबकि अन्य ताकतें चीजों को एक साथ रखती हैं, एक कमजोर ताकत उन्हें तोड़ने में एक बड़ी भूमिका निभाती है।

कमजोर बल गुरुत्वाकर्षण से अधिक शक्तिशाली होता है, लेकिन यह बहुत कम दूरी पर ही प्रभावी होता है। यह बल उपपरमाण्विक स्तर पर कार्य करता है और तारों को ऊर्जा प्रदान करने और तत्वों के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह ब्रह्मांड में अधिकांश प्राकृतिक विकिरण के लिए भी जिम्मेदार है।

फर्मी थ्योरी

इतालवी भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी ने 1933 में बीटा क्षय की व्याख्या करने के लिए एक सिद्धांत विकसित किया, एक न्यूट्रॉन को एक प्रोटॉन में बदलने और एक इलेक्ट्रॉन को निष्कासित करने की प्रक्रिया, जिसे अक्सर इस संदर्भ में बीटा कण के रूप में संदर्भित किया जाता है। उन्होंने एक नए प्रकार के बल की पहचान की, तथाकथित कमजोर बल, जो क्षय के लिए जिम्मेदार था, एक न्यूट्रॉन के एक प्रोटॉन, एक न्यूट्रिनो और एक इलेक्ट्रॉन में परिवर्तन की मूलभूत प्रक्रिया, जिसे बाद में एक एंटीन्यूट्रिनो के रूप में पहचाना गया।

फर्मि मूल रूप सेमान लिया कि शून्य दूरी और आसंजन था। बल को काम करने के लिए दो कणों को संपर्क में होना था। तब से यह पता चला है कि कमजोर बल वास्तव में एक आकर्षक बल है जो एक प्रोटॉन के व्यास के 0.1% के बराबर, बहुत ही कम दूरी पर प्रकट होता है।

विद्युत बल

रेडियोधर्मी क्षय में, कमजोर बल विद्युत चुम्बकीय बल से लगभग 100,000 गुना छोटा होता है। हालाँकि, अब यह आंतरिक रूप से विद्युत चुम्बकीय एक के बराबर माना जाता है, और इन दो स्पष्ट रूप से अलग-अलग घटनाओं को एक एकल विद्युत बल की अभिव्यक्ति माना जाता है। इसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि वे 100 GeV से अधिक ऊर्जाओं पर संयोजित होते हैं।

कभी-कभी वे कहते हैं कि कमजोर अंतःक्रिया अणुओं के क्षय में प्रकट होती है। हालाँकि, अंतर-आणविक बल एक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रकृति के होते हैं। वे वैन डेर वाल्स द्वारा खोजे गए और उनका नाम धारण किया।

मानक मॉडल

भौतिकी में कमजोर अंतःक्रिया मानक मॉडल का हिस्सा है - प्राथमिक कणों का सिद्धांत, जो सुरुचिपूर्ण समीकरणों के एक सेट का उपयोग करके पदार्थ की मौलिक संरचना का वर्णन करता है। इस मॉडल के अनुसार, प्राथमिक कण, अर्थात्, जिन्हें छोटे भागों में विभाजित नहीं किया जा सकता है, ब्रह्मांड के निर्माण खंड हैं।

इन कणों में से एक है क्वार्क। वैज्ञानिक कुछ भी कम के अस्तित्व को नहीं मानते हैं, लेकिन फिर भी वे देख रहे हैं। क्वार्क के 6 प्रकार या किस्में हैं। आइए उन्हें क्रम में रखेंबड़े पैमाने पर वृद्धि:

• शीर्ष;
• निचला;
• अजीब;
• मुग्ध;
• आराध्य;
• सच।

विभिन्न संयोजनों में, वे कई अलग-अलग प्रकार के उप-परमाणु कण बनाते हैं। उदाहरण के लिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन - परमाणु नाभिक के बड़े कण - प्रत्येक में तीन क्वार्क होते हैं। ऊपर दो और नीचे एक प्रोटॉन बनाते हैं। ऊपर एक और दो नीचे वाले न्यूट्रॉन बनाते हैं। क्वार्क के प्रकार को बदलने से एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन में बदल सकता है, जिससे एक तत्व दूसरे में बदल सकता है।

एक अन्य प्रकार के प्राथमिक कण बोसॉन हैं। ये कण अंतःक्रिया वाहक हैं, जिनमें ऊर्जा पुंज होते हैं। फोटॉन एक प्रकार के बोसॉन होते हैं, ग्लून्स दूसरे प्रकार के होते हैं। इन चार बलों में से प्रत्येक अंतःक्रियात्मक वाहकों के आदान-प्रदान का परिणाम है। मजबूत संपर्क ग्लूऑन द्वारा किया जाता है, और फोटॉन द्वारा विद्युत चुम्बकीय संपर्क। गुरुत्वाकर्षण सैद्धांतिक रूप से गुरुत्वाकर्षण का वाहक है, लेकिन यह नहीं मिला है।

W- और Z-bosons

कमजोर संपर्क W- और Z-bosons द्वारा किया जाता है। इन कणों की भविष्यवाणी नोबेल पुरस्कार विजेता स्टीवन वेनबर्ग, शेल्डन सलाम और अब्दुस ग्लेशो ने 1960 के दशक में की थी और 1983 में यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन सर्न में खोजे गए थे।

W-bosons विद्युत आवेशित होते हैं और W⁺ (धनात्मक रूप से आवेशित) और W^{- (ऋणात्मक रूप से आवेशित) प्रतीकों द्वारा दर्शाए जाते हैं।. W-boson कणों की संरचना को बदलता है। विद्युत आवेशित W बोसॉन का उत्सर्जन करके, कमजोर बल क्वार्क के प्रकार को बदल देता है, जिससे एक प्रोटॉन बन जाता हैन्यूट्रॉन में या इसके विपरीत। यही कारण है कि परमाणु संलयन होता है और तारे जलते हैं।}

यह प्रतिक्रिया भारी तत्वों का निर्माण करती है जो अंततः सुपरनोवा विस्फोटों द्वारा अंतरिक्ष में फेंके जाते हैं जो पृथ्वी पर ग्रहों, पौधों, लोगों और अन्य सभी चीजों के निर्माण खंड बन जाते हैं।

तटस्थ धारा

Z-बोसोन उदासीन है और कमजोर उदासीन धारा वहन करता है। कणों के साथ इसकी बातचीत का पता लगाना मुश्किल है। 1960 के दशक में W- और Z-bosons की प्रायोगिक खोजों ने वैज्ञानिकों को एक ऐसे सिद्धांत की ओर अग्रसर किया जो विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बलों को एक "इलेक्ट्रोविक" में जोड़ता है। हालांकि, सिद्धांत को वाहक कणों को भारहीन होने की आवश्यकता थी, और वैज्ञानिकों को पता था कि सैद्धांतिक रूप से डब्ल्यू बोसॉन को इसकी छोटी सीमा की व्याख्या करने के लिए भारी होना होगा। सिद्धांतकारों ने द्रव्यमान W को हिग्स तंत्र नामक एक अदृश्य तंत्र के लिए जिम्मेदार ठहराया है, जो हिग्स बोसॉन के अस्तित्व को प्रदान करता है।

2012 में, सर्न ने बताया कि दुनिया के सबसे बड़े त्वरक, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर का उपयोग करने वाले वैज्ञानिकों ने "हिग्स बोसॉन के अनुरूप" एक नया कण देखा था।

बीटा क्षय

कमजोर संपर्क β-क्षय में प्रकट होता है - वह प्रक्रिया जिसमें एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन में बदल जाता है और इसके विपरीत। यह तब होता है, जब एक नाभिक में बहुत अधिक न्यूट्रॉन या प्रोटॉन होते हैं, उनमें से एक दूसरे में परिवर्तित हो जाता है।

बीटा क्षय दो तरह से हो सकता है:

1. माइनस-बीटा क्षय में, कभी-कभी इस प्रकार लिखा जाता हैβ− -क्षय, न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन, एक एंटीन्यूट्रिनो और एक इलेक्ट्रॉन में विभाजित हो जाता है।
2. परमाणु नाभिक के क्षय में कमजोर अंतःक्रिया प्रकट होती है, जिसे कभी-कभी β+-क्षय के रूप में लिखा जाता है, जब एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन, न्यूट्रिनो और पॉज़िट्रॉन में विभाजित हो जाता है।

तत्वों में से एक तब दूसरे में बदल सकता है जब उसका एक न्यूट्रॉन माइनस-बीटा क्षय के माध्यम से एक प्रोटॉन में बदल जाता है, या जब इसका एक प्रोटॉन अनायास β+ के माध्यम से न्यूट्रॉन में बदल जाता है। -क्षय.

डबल बीटा क्षय तब होता है जब नाभिक में 2 प्रोटॉन एक साथ 2 न्यूट्रॉन या इसके विपरीत में परिवर्तित हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 2 इलेक्ट्रॉन-एंटीन्यूट्रिनो और 2 बीटा कण निकलते हैं। एक काल्पनिक न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय में, न्यूट्रिनो का उत्पादन नहीं होता है।

इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर

एक प्रोटॉन इलेक्ट्रॉन कैप्चर या के-कैप्चर नामक प्रक्रिया के माध्यम से न्यूट्रॉन में बदल सकता है। जब नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या के सापेक्ष प्रोटॉन की अधिक संख्या होती है, तो इलेक्ट्रॉन, एक नियम के रूप में, आंतरिक इलेक्ट्रॉन खोल से नाभिक में गिरता हुआ प्रतीत होता है। कक्षक का इलेक्ट्रॉन मूल नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, जिसके उत्पाद बेटी नाभिक और न्यूट्रिनो हैं। परिणामी संतति नाभिक का परमाणु क्रमांक 1 कम हो जाता है, लेकिन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या समान रहती है।

फ्यूजन रिएक्शन

कमजोर बल परमाणु संलयन में शामिल होता है, वह प्रतिक्रिया जो सूर्य और संलयन (हाइड्रोजन) बमों को शक्ति प्रदान करती है।

हाइड्रोजन संलयन में पहला कदम दो की टक्कर हैउनके विद्युत चुम्बकीय संपर्क के कारण उनके द्वारा अनुभव किए जाने वाले पारस्परिक प्रतिकर्षण को दूर करने के लिए पर्याप्त बल वाले प्रोटॉन।

यदि दोनों कणों को एक-दूसरे के करीब रखा जाए, तो मजबूत अंतःक्रिया उन्हें बांध सकती है। यह हीलियम (²He) का एक अस्थिर रूप बनाता है, जिसमें स्थिर रूप के विपरीत दो प्रोटॉन के साथ एक नाभिक होता है (^{4He), जिसमें दो न्यूट्रॉन और दो प्रोटॉन हैं।}

अगला कदम है कमजोर बातचीत। प्रोटॉन की अधिकता के कारण, उनमें से एक बीटा क्षय से गुजरता है। उसके बाद, मध्यवर्ती गठन और संलयन सहित अन्य प्रतिक्रियाएं ³वह अंततः एक स्थिर ^{4He. बनाता है।}