在大自然中存在著四種基本力,按照發(fā)現(xiàn)的先后順序劃分分別是:萬有引力,電磁相互作用力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力,萬有引力與電磁相互作用力被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有上百年的歷史了,想必大家都很熟悉了,關(guān)于強(qiáng)相互作用力的科普在后面會(huì)詳細(xì)講解,所以前三種力在這里就不過多介紹了,這篇文章重點(diǎn)給大家普及一下弱相互作用力,下面直接簡(jiǎn)稱:弱力。
弱相互作用力:弱力并不是最弱,但是弱力最短
雖然物理學(xué)家把最后發(fā)現(xiàn)的這種力稱為弱力,但弱力卻并不是這四種基本力中最弱的力,由牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力才是最弱的,萬有引力在微觀粒子的計(jì)算上甚至都可以選擇忽略不計(jì),但萬有引力卻是這四種基本力中作用范圍最廣的力,在宏觀宇宙這種大質(zhì)量的天體上,萬有引力的作用就顯得格外重要,而與萬有引力相反的是:弱力是這四種自然力中作用距離最短的一種力,而弱力的作用時(shí)間也極短的,所以導(dǎo)致弱力直到上世紀(jì)六十年代才被物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)。
弱力發(fā)現(xiàn)的起因:β衰變
在二十世紀(jì)初,人們發(fā)現(xiàn)了β衰變的現(xiàn)象:原子核是由質(zhì)子與中子構(gòu)成的,質(zhì)子帶正電,中子呈電中性,當(dāng)物質(zhì)發(fā)生β衰變的時(shí)候,原子核內(nèi)的中子就會(huì)釋放出一個(gè)電子進(jìn)而變成質(zhì)子,大量被釋放出去的電子形成了高速運(yùn)動(dòng)(速度高達(dá)0.99C)的電子流,這種電子流就是β射線,這是β衰變最早的物理模型,不過雖然這個(gè)β衰變的物理模型看似很合理,但是卻違背了物理學(xué)中一個(gè)不可動(dòng)搖的真理:能量守恒定律。
物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)在物質(zhì)發(fā)生β衰變的時(shí)候,電子帶走的能量要比原子核釋放的能量少一些,雖然這個(gè)模型看似十分完美,但β衰變中能量不守恒是所有物理學(xué)家都無法回避的硬傷。
中微子概念的提出,物理學(xué)家費(fèi)米首次提出弱力
對(duì)于在β衰變中能量不守恒的問題,物理學(xué)家恩里科·費(fèi)米在原來的β衰變模型中加入了一個(gè)全新的角色,并且提出自然界中第四種基本李:弱力!
原子核內(nèi)的中子在衰變成質(zhì)子的過程中,不單單會(huì)釋放電子,還會(huì)釋放出中微子,中微子是不帶電、質(zhì)量極輕,已接近光速運(yùn)動(dòng)的基本粒子,它可以輕易的穿透像地球這種的大體積物質(zhì),所以物理學(xué)家又稱其為:幽靈粒子,那么β衰變的物理模型就變成了:中子=質(zhì)子+電子+中微子,中微子帶走的能量就很好的解決了能量守恒的問題,那么究竟是什么讓的力量將電子與中微子從原子中丟了出來呢?費(fèi)米認(rèn)為這種力量是一種全新的力量,這種力量十分的弱,比電磁力還要弱10的11次方倍,而且這種力的作用距離極端,甚至可以近似于零,當(dāng)電子與中微子離開的一瞬間它就消失了,而且這種力量只能作用于電子、夸克層子、中微子等費(fèi)米子,對(duì)于光子等玻色子不起作用,不過弱相互作用力的傳播子卻是要W+、W-、Z這三種玻色子的相互作用,費(fèi)米提出的這種神秘力量被命名為弱力,后來費(fèi)米也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
每個(gè)物理學(xué)家共同的信仰:統(tǒng)一四種自然力
不過后來隨著量子規(guī)范場(chǎng)的建立,物理學(xué)家將電磁力與弱力統(tǒng)一成為了一種相互作用的力的兩種不同表現(xiàn)形式,即電弱統(tǒng)一理論,物理學(xué)家認(rèn)為上帝是追求簡(jiǎn)單而完美的,目前電磁力、強(qiáng)力與弱力都可以使用規(guī)范場(chǎng)去解釋,唯獨(dú)萬有引力的無法納入其中,這也是目前量子物理學(xué)家正在努力的方向。