Schwache Wechselwirkung, auch als schwache Kraft oder schwache Kernkraft bezeichnet, ist eine der vier fundamentalen Kräfte im Universum. Sie wird von Teilchen getragen, die als W- und Z-Bosonen bekannt sind, welche Eichbosonen sind. Die schwache Kraft verursacht den Betazerfall, eine Form der Radioaktivität. Bei extrem hohen Energieniveaus beginnen die Kraft der schwachen Wechselwirkung und der Elektromagnetismus die gleiche Wirkung zu entfalten, was als elektroschwache Wechselwirkung bezeichnet wird.
Schwache Wechselwirkung
Beta-Zerfall
Der Betazerfall ist das, was Wissenschaftler als Neutronenzerfall bezeichnen, im Gegensatz zum Alphazerfall, bei dem ein Atom zerfällt. Diese Arten des Zerfalls werden allgemein als radioaktiver Zerfall bezeichnet. Bei einem Betazerfall zerfällt ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Neutrino. Dies ist jedoch kein vollständiges Bild, es gibt einen Zwischenschritt. Beachten Sie, dass bei diesem Prozess die Gesamtladung erhalten bleibt. Die Erhaltungssätze sind sehr wichtig, wenn es darum geht, die möglichen Ergebnisse dieser Wechselwirkungen zu berechnen.
Genauer gesagt beginnt der Betazerfall mit einem Neutron, das sich aus einem up-Quark und zwei down-Quarks zusammensetzt. Da Up-Quarks eine Ladung von +2/3 und jedes Down-Quark eine Ladung von -1/3 haben, ergibt sich 2/3 -1/3 -1/3 = 0 Ladung. Wenn sich zu viele Neutronen in einem Atomkern befinden, wird aufgrund der schwachen Kraft eines der Down-Quarks in einem der Neutronen zu einem Up-Quark. Dies würde die Ladung des Neutrons von 0 auf (2/3 +2/3 +2/3 -1/3) = 1 ändern. Damit ist das Neutron nicht mehr ein Neutron, sondern tatsächlich ein Proton (ein Teilchen mit einer Ladung von +1).
In einem seltsamen Quanteneffekt setzt diese Transformation ein Teilchen namens W-Boson frei. Dies ist das Eichboson (krafttragendes Teilchen) der schwachen Kraft. Seltsamerweise hat das W-Boson eine Masse, die etwa 80 Mal so groß ist wie die eines Neutrons. So etwas kommt in der Quantenmechanik tatsächlich sehr oft vor, aber es folgt der Energieerhaltung, weil es so schnell passiert. Nach 3x10-25 Sekunden zerfällt das W-Boson in ein Elektron und ein Elektronen-Antineutrino. (Das Elektronen-Antineutrino tut nicht wirklich viel). Dadurch wird das Elektron freigesetzt und es entsteht im Grunde ein Proton aus einem Neutron.