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解密暗物质弱相互作用力

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弱相互作用力

弱相互作用力,简称弱力,作用距离比强力更短,作用力的强度也比强力小得多,但在放射现象中起重要作用,β衰变中放出电子和场态粒子。

年,德国的一位物理学家威廉·康拉德·伦琴发现置于真空放电管附近的密封底片,虽然没有暴露在光线下,但却变成了灰色。伦琴断定,放电管内一定存在着能穿透底片的“光线”。

年,法国的亨利·贝克勒尔为了考察新发现的X射线,将一块天然铀盐矿石放在一张用黑纸包起来的照相底片上,发现一种新的射线。

年,居里夫妇开始有系统地从元素、化合物、天然矿物中寻找这种效应。从沥青铀矿中制取了放射性元素镭,另几位学者还发现了钋和锕。

这一连串的新奇发现,引起了科学家们的震惊和注意。原来,原子量很大的元素,几乎都具有放射性。经过一段研究之后,人们才弄清了放射出来的射线具有三种不同的成分:一种叫α射线,并确定α粒子就是氦的原子核;一种是β射线,其实就是一种高速运动的电子流,在电场中偏向正极;还有一种射线叫γ射线,其实就是一种不带电的高能电磁波。

天然的β衰变,正是原子核内的中子放出电子,衰变成一个质子的现象。当人们想进一步弄清β衰变时,物理学竟在微观领域遇上了一场生死存亡的挑战。按照物理学中最重要的能量守恒定律,β衰变过程中,原子核内部中子衰变成质子而失去的能量,应该等于它所放出的电子带走的能量。然而,实验结果表明,电子所带走的能量,总比原子核应该放出的能量少得多。直接观测的β衰变过程表明,电子具有从零到某一上限的不同动能。这说明原子核所失去的能量并不恒等,有多有少。

弱相互作用共有两种。第一种叫“载荷流相互作用”,因为负责传递它的粒子带电荷(W+或W?),β衰变就是由它所引起的。第二种叫“中性流相互作用”,因为负责传递它的粒子,Z玻色子,是中性的。

W及Z玻色子是弱相互作用的媒介粒子,实际上是粒子间的半锁定场态粒子间传递的电磁相互作用,而半锁定场态粒子是弱相互作用粒子的组成部分,因此半锁定场态粒子不仅可以传递电磁相互作用,也可以相互传递粒子。

弱核力之所以被物理学家费米提出,是因为当时发现大质量原子核会自发衰变。费米认为,存在一种新的基本力参与进来,才产生了衰变现象。中子发射一个电子就变成质子;质子又可发射一个正电子变成中子。假定:从质子到中子的衰变过程,是由于自然界中某种新的力引起的。他将这个力命名为“弱核力”。

弱力没有本领把任何粒子束缚在一个较复杂的体系中,它只存在于一些粒子发生衰变和浮获的一瞬间,粒子之间一离开,弱力马上就消失。

实际上,中子的存在是由于质子共用电子,质子共用电子在质子间不断相互交换,这种电子的不断相互交换和作用,本质上是距离其中一个质子较近,离另外一个电子较远。但电子的不断运动,距离的远近不断交替变化。我们把离电子较近的质子称为中子,这样,中子和质子不断交替变化。

每个中子都锁定一个场态粒子,而每个质子与电子之间有一个半锁定场态粒子,所谓半锁定场态粒子不仅通过交换虚拟粒子而相互作用,也伴随着交换粒子。

由于电子的不断运动,中子和质子不断互换身份,因此锁定场态粒子和半锁定场态粒子也会互换身份。锁定场态粒子由于高度极化,且电子与质子距离极近,极化的锁定场态粒子大大提高了电子与质子之间的作用力。但由于半锁定场态粒子交换粒子,往往产生瞬时斥力。

电子和质子之间有半锁定场态粒子。与中子相比,电子和质子间距相对较大,电子和场态粒子间、场态粒子和质子间均同时存吸引力和排斥力,且均为距离增大引力和斥力均减小,距离增小引力和斥力均减大;但斥力的变化速度比引力变化速度大。但由于电子和质子间距过大时,无法对场态粒子形成完全锁定,就形成了半锁定场态粒子,一旦存在交换粒子,就会出现斥力。

总之,强相互作用力由锁定场态粒子传递,弱相互作用力由半锁定场态粒子传递,电磁力由自由场态粒子传递。虽然数值上均相差几个数量级,但布置上都是电磁力。



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