Fòrça nucleara febla

L’interaccion febla (ò fòrça nucleara febla) es una interaccion fisica qu'agís sus lei particulas elementàrias portairitz d'un isospin feble. Son existéncia foguèt imaginada dins lo corrent deis ans 1930 per explicar lo mecanisme de la desintegracion radioactiva β. Es descricha per teoria electrofebla que foguèt elaborada entre 1961 e 1967 e confiermada per d'experiéncias menadas durant leis ans 1970-1980. Tres bosons, dichs W⁺, W^– e Z, ne'n son lei particulas vectritz.

L'interaccion febla es regida per lo principi de la conservacion de l'isospin feble durant una desintegracion. Gràcias a aquela proprietat, es l'unica fòrça que permet de cambiar la savor d'un quark. Es tanben a l'origina de fenomèns particulars coma la radioactivitat β ò la desviacion d'un neutrino. Pasmens, son intensitat demòra, coma l'indica son nom, relativament febla e son influéncia es negligibla per de distàncias superioras a 10^-16 m.

Dins lo modèl estandars de la fisica modèrna, l'interaccion fòrta fa partida dei quatre interaccions fondamentalas de la natura amb la gravitacion, l'electromagnetisme e la fòrça nucleara fòrta.

Istòria

Article detalhat: Istòria de l'interaccion febla.

La question de la radioactivitat β

Article detalhat: Radioactivitat bèta.

Après sa descubèrta en 1896 per lo fisician francés Henri Becquerel (1852-1908), la radioactivitat mostrèt rapidament un caractèr proteïfòrma amb l'identificacion, entre 1898 e 1899, dei radioactivitats α e β. Trobar una descripcion complèta de la segonda venguèt una question importanta de la fisica de la premiera partida dau sègle XX. D'efiech, dins aqueu mecanisme, un electron es ejectat amb una velocitat variabla, çò qu'indica l'emission d'una autra quantitat d'energia sota una forma qu'èra, durant leis ans 1910-1920, pas detectada. Divèrseis ipotèsis foguèron prepausadas per explicar aqueu fenomèn. Pasmens, illustrèron subretot lo desrèi d'una partida de la comunautat scientifica. Per exemple, foguèt suggerit que l'energia pòsque èsser unicament conservada en mejana.

La descubèrta dau neutrino

Article detalhat: Neutrino.

Lo treble a l'entorn de la desintegracion β trobèt un començament de resolucion en 1930 amb una idèa dau fisician austrian Wolfgang Pauli (1900-1958). Segon eu, una particula encara desconeguda, que deviá aver una interaccion febla amb la matèria, èra emesa amb l'electron. Pasmens, aquela teoria èra impossibla de verificar amb lei mejans dau periòde.

Dins lo corrent deis ans 1930, doas descubèrtas portèron d'indicis suplementaris. La premiera foguèt la descubèrta dau neutron en 1932 per lo Britanic James Chadwick (1891-1974). La segonda foguèt aquela de la radioactivitat β⁺ per lei Francés Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) e Irène Joliot-Curie (1897-1956) en 1933. D'efiech, aquela forma novèla de radioactivitat β correspond a l'emission d'un antielectron amb una velocitat variabla e, tornarmai, una quantitat d'energia indetectabla. A partir d'aqueleis elements, lo fisician Enrico Fermi (1901-1954) elaborèt en 1934 una teoria explicant aquelei fenomèns d'un biais simple :

• la radioactivitat β^– es lo resultat de la desintegracion d'un neutron en un proton, un electron e un antineutrino.
• la radioactivitat β⁺ es lo resultat de la desintegracion d'un proton en un neutron, un antielectron e un neutrino.

Pasmens, la teoria de Fermi èra solament descriptiva. Permetiá pas d'explicar l'origina dau fenomèn. De mai, l'existéncia dau neutrino foguèt pas confiermada avans 1958 e lei trabalhs de Clyde L. Cowan (1919-1974) e Frederick Reines (1918-1998).

La teoria electrofebla

L'explicacion dau fenomèn observat durant una desintegracion β foguèt l'òbra de la teoria electrofebla desvolopada de 1961 a 1967 per Sheldon Glashow, Steven Weinberg e Abdus Salam. Element major dau modèl estandard de la fisica modèrna, aquela teoria permet d'explicar tant l'interaccion electromagnetica que l'interaction febla. Per aquò, introduguèt plusors particulas vectritz novèlas, lei bosons W e Z, e la nocion d'interaccion febla. Cargats, lei bosons W i èran la causa dau corrent electrofeble cargat e lei bosons Z dau corrent electrofeble neutre. Lei confiermacions experimentalas aguèron luòc au CERN en 1973 amb l'observacion deis interaccions de corrent neutre e en 1983 amb aquelei dei bosons W e Z.

Caracteristicas

Article detalhat: Teoria electrofebla.

L'isospin feble

Article detalhat: Isospin feble.

La carga associada a l'interaccion febla es l'isospin feble qu'es notat T₃. Es l'equivalent per aquela fòrça de la massa per la gravitacion, de la carga electrica per l'interaccion electromagnetica e de la carga de color per l'interaccion fòrta. Sei vectors son lei bosons bosons W⁺, W^– e Z. Son de particulas amb una massa importanta, amb de valors respectivas d'aperaquí 80 GeV/c² e 91 GeV/c², que sa durada d'existéncia es donc fòrça febla.

Lei fermions elementaris an un isospin feble de ± 1/2. Lei bosons an un isospin feble de 0 ò de ± 1. En particular, lei bosons W⁺ an un isospin feble de +1 e lei bosons W^– de -1, çò que permet l'aparicion d'autointeraccions dau camp d'interaccion febla. Lei bosons Z an un isospin feble de 0.

Una proprietat importanta de l'isospin feble es sa conservacion durant una desintegracion : la sòma de totei leis isospins febles regardats per la transformacion es identica avans e après la reaccion. Per exemple, un pion π⁺, que son isospin feble es egau a 1, se desintegra per formar un muon µ⁺ d'isospin feble + 1/2 e un neutrino muonic ν_μ d'isospin feble + 1/2. L'isospin feble permet pereu de calcular l'ipercarga febla qu'es una combinason d'aquela proprietat e de la carga electrica. Aquela ipercarga es un element fondamentau de la teoria electrofebla modèrna que permet de descriure d'una maniera unificada l'interaccion febla e l'interaccion electromagnetica.

Interaccion de corrent cargat e neutre

Existís dos tipes d'interaccions feblas que son dichs « interaccion de corrent cargat » e « interaccion de corrent neutre » segon lei particulas a l'origina dau fenomèn. D'efiech, la premiera es liada au boson W que pòrta una carga electrica positiva ò negativa e la segonda es entraïnada per lo boson Z qu'es portaire d'una carga neutra.

Interaccion de corrent cargat

L'interaccion de corrent cargat es lo fenomèn a l'origina de la desintegracion β. Es una interaccion d'energia bassa de cambi d'un boson W. Per exemple, un lepton cargat (electron, muon...) pòu absorbir un boson W⁺ per venir lo neutrino correspondant :

$\mu ^{-}+W^{+}\to \nu _{\mu }$

L'interaccion febla pòu tanben agir sus lei quarks, çò qu'entraïna la transformacion d'un quark top en quark down e invèrsament. Aquela proprietat es una especificitat importanta d'aquela fòrça car leis autreis interaccions fondamentalas son pas capablas de cambiar la savor d'un quark :

$d+W^{+}\to u$

Interaccion de corrent neutre

L'interaccion de corrent neutre es un mecanisme fòrça rar que s'observa, per exemple, durant la desviacion d'un neutrino. Es caracterizada per l'emission ò l'absorpcion d'un boson Z per un quark ò un lepton (electron ò muon). Per exemple, es lo cas dei reaccions :

$e^{-}\to e^{-}+Z^{0}$

Coma lei bosons W, lo boson Z disparéis tanben rapidament en causa de sa massa. Un tau fenomèn pòu se debanar segon lo mecanisme seguent :

$Z^{0}\to b+{\bar {b}}$

Intensitat de l'interaccion febla

L'interaccion febla es l'interaccion fondamentala qu'a l'intensitat pus febla entre lei quatre interaccions fondamentalas conegudas a l'ora d'ara. De mai, son influéncia es negligibla per de volums superiors a 10^-16 m. Pasmens, per de distàncias fòrça feblas, de l'òrdre de 10^-18 m ò mens, son ròtle aumenta fòrça e pòu agantar un nivèu similar a aqueu de l'interaccion fòrta.

Annèxs

Liames intèrnes

• Boson W.
• Boson Z.
• Fòrça electromagnetica.
• Gravitat.
• Interaccion fòrta.
• Isospin feble.
• Neutrino.
• Radioactivitat.
• Radioactivitat β.
• Teoria electrofebla.

Bibliografia

• (fr) Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Franck Laloë, Mécanique quantique, Hermann, 1997.
• (fr) Michel Le Bellac, Le monde quantique, EDP sciences, 2010.
• (fr) André Rougé, Introduction à la physique subatomique, École Polytechnique, 2005.
• (fr) Luc Valentin, Le monde subatomique : des quarks aux centrales nucléaires, Hermann, 1997.