ما هي القوة النووية الضعيفة في الفيزياء؟

القوة النووية الضعيفة هي إحدى القوى الأساسية الأربعة للفيزياء التي من خلالها تتفاعل الجسيمات مع بعضها البعض، جنبًا إلى جنب مع القوة القوية والجاذبية والكهرومغناطيسية.

بالمقارنة مع كل من الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية، فإن القوة النووية الضعيفة لديها شدة أضعف بكثير، وهذا هو السبب في أنها تحمل اسم القوة النووية الضعيفة.

اقترح إنريكو فيرمي نظرية القوة الضعيفة لأول مرة في عام 1933 وكانت معروفة في ذلك الوقت باسم تفاعل فيرمي. كما يتم التوسط في القوة الضعيفة بواسطة نوعين من البوزونات المقاسة: البوزون Z والبوزون W.

---

أمثلة القوة النووية الضعيفة.

يلعب التفاعل الضعيف دورًا رئيسيًا في الاضمحلال الإشعاعي، وانتهاك كل من تناظر التكافؤ وتناظر CP، وتغيير نكهة الكواركات (كما هو الحال في اضمحلال بيتا).

النظرية التي تصف القوة الضعيفة تسمى ديناميكيات النكهة الكمومية (QFD)، وهي مماثلة للديناميكا اللونية الكمومية (QCD) للقوة القوية والديناميكا الكهربية الكمومية (QFD) للقوة الكهرومغناطيسية.

نظرية الضعف الكهربي (EWT) هي النموذج الأكثر شيوعًا للقوة النووية. كما يشار إلى القوة النووية الضعيفة أيضًا باسم القوة الضعيفة والتفاعل النووي الضعيف والتفاعل الضعيف.

---

خصائص التفاعل الضعيف.

تختلف القوة الضعيفة عن القوى الأخرى للأسباب التالية:

• إنها القوة الوحيدة التي تنتهك تناظر التكافؤ (P).

• إنها القوة الوحيدة التي تنتهك تناظر تكافؤ الشحنة (CP).

• إنه التفاعل الوحيد الذي يمكنه تغيير نوع من الكوارك إلى نوع آخر أو نكهته.

• تنتشر القوة الضعيفة بواسطة الجسيمات الحاملة التي لها كتل كبيرة (حوالي 90 جيجا إلكترون فولت / ج).

كما أن الرقم الكمي الأساسي للجسيمات في التفاعل الضعيف هو خاصية فيزيائية تُعرف باسم الإيزوسبين الضعيف، وهو ما يعادل الدور الذي يلعبه الدوران الكهربائي في القوة الكهرومغناطيسية وشحنة اللون في القوة الشديدة.

هذه كمية محفوظة، مما يعني أن أي تفاعل ضعيف سيكون له مجموع إجمالي متساوي في نهاية التفاعل كما حدث في بداية التفاعل.

الجسيمات التالية لها إيزوسبين ضعيف قدره +1/2:

• electron neutrino

• muon neutrino

• tau neutrino

• up quark

• charm quark

• top quark

الجسيمات التالية لها دوران ضعيف من -1/2:

• electron

• muon

• tau

• down quark

• strange quark

• bottom quark

إن كلاً من البوزون Z و W أكبر بكثير من البوزونات المقاسة الأخرى التي تتوسط القوى الأخرى (الفوتون للكهرومغناطيسية والغلون للقوة النووية القوية). كما أن الجسيمات ضخمة جدًا لدرجة أنها تتحلل بسرعة كبيرة في معظم الظروف.

تم توحيد القوة الضعيفة مع القوة الكهرومغناطيسية كقوة كهروضعيفة أساسية واحدة، والتي تظهر عند طاقة عالية (مثل تلك الموجودة داخل مسرعات الجسيمات).

حصل عمل التوحيد هذا على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1979. كما حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1999 لإثبات أن الأسس الرياضية للقوة الكهروضعيفة يمكن إعادة تنظيمها.