A força fraca é uma das quatro forças fundamentais que governam toda a matéria no universo. Os outros três são a gravidade, o eletromagnetismo e a força forte. Enquanto outras forças mantêm as coisas unidas, uma força fraca desempenha um papel importante em derrubá-las.
A força fraca é mais forte que a gravidade, mas é eficaz apenas em distâncias muito pequenas. A Força opera no nível subatômico e desempenha um papel crítico no fornecimento de energia às estrelas e na criação dos elementos. Também é responsável pela maior parte da radiação natural do universo.
Teoria de Fermi
O físico italiano Enrico Fermi desenvolveu uma teoria em 1933 para explicar o decaimento beta, o processo de converter um nêutron em um próton e expelir um elétron, muitas vezes referido neste contexto como uma partícula beta. Ele identificou um novo tipo de força, a chamada força fraca, responsável pelo decaimento, processo fundamental de transformação de um nêutron em próton, um neutrino e um elétron, que mais tarde foi identificado como um antineutrino.
Fermi originalmenteassumiu que havia distância zero e adesão. As duas partículas tinham que estar em contato para que a força funcionasse. Desde então, foi revelado que a força fraca é na verdade uma força atrativa que se manifesta em uma distância extremamente curta, igual a 0,1% do diâmetro de um próton.
Força Eletrofraca
Em decaimentos radioativos, a força fraca é aproximadamente 100.000 vezes menor que a força eletromagnética. No entanto, sabe-se agora que é intrinsecamente igual ao eletromagnético, e esses dois fenômenos aparentemente distintos são considerados manifestações de uma única força eletrofraca. Isso é confirmado pelo fato de que eles se combinam em energias superiores a 100 GeV.
Às vezes dizem que a interação fraca se manifesta no decaimento das moléculas. No entanto, as forças intermoleculares são de natureza eletrostática. Eles foram descobertos por van der Waals e levam seu nome.
Modelo Padrão
A interação fraca na física faz parte do modelo padrão - a teoria das partículas elementares, que descreve a estrutura fundamental da matéria usando um conjunto de equações elegantes. De acordo com esse modelo, as partículas elementares, ou seja, aquelas que não podem ser divididas em partes menores, são os blocos de construção do universo.
Uma dessas partículas é o quark. Os cientistas não supõem a existência de nada menos, mas ainda estão procurando. Existem 6 tipos ou variedades de quarks. Vamos colocá-los em ordemaumento de massa:
- top;
- inferior;
- estranho;
- encantado;
- adorável;
- true.
Em várias combinações, eles formam muitos tipos diferentes de partículas subatômicas. Por exemplo, prótons e nêutrons - grandes partículas do núcleo atômico - cada um consiste em três quarks. Os dois superiores e o inferior formam um próton. O de cima e os dois de baixo formam um nêutron. Mudar o tipo de quark pode transformar um próton em um nêutron, transformando assim um elemento em outro.
Outro tipo de partículas elementares é um bóson. Essas partículas são portadoras de interação, que consistem em feixes de energia. Os fótons são um tipo de bóson, os glúons são outro. Cada uma dessas quatro forças é o resultado de uma troca de portadores de interação. A interação forte é realizada pelo glúon e a interação eletromagnética pelo fóton. O graviton é teoricamente o portador da gravidade, mas não foi encontrado.
W- e Z-bósons
A interação fraca é transportada pelos bósons W e Z. Essas partículas foram previstas pelos ganhadores do Prêmio Nobel Steven Weinberg, Sheldon Salam e Abdus Gleshow na década de 1960 e descobertas em 1983 na Organização Européia para Pesquisa Nuclear CERN.
W-bosons são eletricamente carregados e são denotados pelos símbolos W+ (carregado positivamente) e W- (carregado negativamente). W-boson altera a composição das partículas. Ao emitir um bóson W eletricamente carregado, a força fraca altera o tipo de quark, tornando um prótonem um nêutron ou vice-versa. Isso é o que causa a fusão nuclear e faz com que as estrelas queimem.
Esta reação cria elementos mais pesados que são eventualmente lançados no espaço por explosões de supernovas para se tornarem os blocos de construção de planetas, plantas, pessoas e tudo mais na Terra.
Corrente neutra
Z-boson é neutro e carrega uma corrente neutra fraca. Sua interação com partículas é difícil de detectar. Pesquisas experimentais de bósons W e Z na década de 1960 levaram os cientistas a uma teoria que combina as forças eletromagnética e fraca em um único "eletrofraco". No entanto, a teoria exigia que as partículas transportadoras não tivessem peso, e os cientistas sabiam que teoricamente o bóson W teria que ser pesado para explicar seu curto alcance. Os teóricos atribuíram a massa W a um mecanismo invisível chamado mecanismo de Higgs, que prevê a existência do bóson de Higgs.
Em 2012, o CERN informou que cientistas usando o maior acelerador do mundo, o Grande Colisor de Hádrons, observaram uma nova partícula "correspondente ao bóson de Higgs".
Decaimento Beta
A interação fraca se manifesta no decaimento β - o processo no qual um próton se transforma em um nêutron e vice-versa. Ocorre quando, em um núcleo com muitos nêutrons ou prótons, um deles é convertido em outro.
O decaimento beta pode ocorrer de duas maneiras:
- No decaimento beta-minus, às vezes escrito comoβ− -decaimento, o nêutron se divide em um próton, um antineutrino e um elétron.
- A interação fraca é manifestada no decaimento de núcleos atômicos, às vezes escrito como β+-decaimento, quando um próton se divide em um nêutron, neutrino e pósitron.
Um dos elementos pode se transformar em outro quando um de seus nêutrons se transforma espontaneamente em próton através do decaimento beta-menos, ou quando um de seus prótons se transforma espontaneamente em um nêutron através de β+-decaimento.
Duplo decaimento beta ocorre quando 2 prótons no núcleo são transformados simultaneamente em 2 nêutrons ou vice-versa, resultando na emissão de 2 elétrons-antineutrinos e 2 partículas beta. Em um hipotético decaimento beta duplo sem neutrinos, os neutrinos não são produzidos.
Captura eletrônica
Um próton pode se transformar em um nêutron através de um processo chamado captura de elétrons ou captura K. Quando o núcleo tem um número excessivo de prótons em relação ao número de nêutrons, o elétron, como regra, da camada interna de elétrons parece cair no núcleo. O elétron do orbital é capturado pelo núcleo pai, cujos produtos são o núcleo filho e o neutrino. O número atômico do núcleo filho resultante diminui em 1, mas o número total de prótons e nêutrons permanece o mesmo.
Reação de fusão
A força fraca está envolvida na fusão nuclear, a reação que alimenta o sol e as bombas de fusão (hidrogênio).
O primeiro passo na fusão do hidrogênio é a colisão de doisprótons com força suficiente para superar a repulsão mútua que eles experimentam devido à sua interação eletromagnética.
Se ambas as partículas forem colocadas próximas uma da outra, uma forte interação pode ligá-las. Isso cria uma forma instável de hélio (2He), que tem um núcleo com dois prótons, em oposição à forma estável (4He), que tem dois nêutrons e dois prótons.
O próximo passo é a interação fraca. Devido a um excesso de prótons, um deles sofre decaimento beta. Depois disso, outras reações, incluindo formação intermediária e fusão 3He, eventualmente formam um estável 4He.
