Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 30)

Lực yếu

Lực yếu có tên gọi như thể không phải vì nó vốn dĩ yếu, mà do tầm tác dụng hết sức ngắn của nó. Ở những cấp độ một phần tỉ tỉ của một mét (10^-18 m), nó mạnh hơn lực điện từ, nhưng ngay ở 10^-17 mét lực điện từ sẽ lớn hơn.

Lực yếu giữ vai trò chủ chốt trong phân hủy beta, một loại phóng xạ trong đó neutron tự phát biến đổi thành proton và phát ra electron. Nguyên nhân cho tầm tác dụng ngắn của nó là bởi vì các neutron trong hạt nhân nguyên tử phải “vay mượn” năng lượng từ Vũ trụ để phân hủy và phát ra một trong các hạt mang lực yếu (một boson tích điện W⁺ hay W^-, hoặc một boson Z trung hòa). Các boson này nặng hơn neutron nhiều lần, và bên chủ nợ vũ trụ không cho vay khoản năng lượng này quá lâu; vì thế, các boson ấy chỉ tồn tại trong một phần triệu tỉ tỉ của một giây trước khi bị hấp thụ bởi một hạt khác để bù lại thâm hụt năng lượng. Phân hủy beta còn là một tương tác chiral: sự bảo toàn “tính thuận” giúp xác định những tương tác đặc biệt nào có thể xảy ra.

Các tương tác yếu thường gặp

Phóng xạ

Chúng ta đã quen với các hiện tượng phóng xạ trong cuộc sống hiện đại, từ khí radon thiên nhiên cho đến điện hạt nhân, và từ vũ khí hạt nhân đến phương pháp định tuổi carbon phóng xạ. Thật ra, phóng xạ là một quá trình vật lí lượng tử; không ai có thể dự đoán khi nào một nguyên tử sẽ trải qua phân hủy phóng xạ, vì nó là điều ngẫu nhiên, tự phát được miêu tả bởi một hàm sóng xác suất.

Năng lượng được giải phóng bởi sự phân hủy phóng xạ khi một hạt nhân trở nên không bền, thông thường bởi vì nó có “năng lượng liên kết” không đủ để duy trì số lượng lớn proton và neutron chống lại lực đẩy điện từ của các proton tích điện cùng dấu. Giải pháp của nguyên tử là phóng thích một số proton và neutron thừa này qua quá trình phân hủy alpha hoặc beta, đồng thời phát ra “bức xạ gamma” lượng tử hóa. Quá trình là chuyển biến cấu hình của hạt nhân, thường là biến đổi thành nguyên tố khác. Mặc dù không thể nào dự báo sự phân hủy của từng nguyên tử một, nhưng khi có mặt nhiều nguyên tử phóng xạ, ta có thể tính được “chu kì bán rã” – thời gian cần thiết cho một nửa mẫu chất phân hủy.

Bản chất xác suất của sự phân hủy phóng xạ đem lại một đường cong phân hủy đặc trưng trong đó lượng nguyên tử phóng xạ bố mẹ đều đặn giảm một nửa theo thời gian.

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Phần tiếp theo >>