Heikko vuorovaikutus
Heikko vuorovaikutus, jota kutsutaan myös heikoksi voimaksi tai heikoksi ydinvoimaksi, on yksi maailmankaikkeuden neljästä perusvoimasta. Sitä kantavat hiukkaset, joita kutsutaan W- ja Z-bosoneiksi, jotka ovat mittabosoneja. Heikko voima aiheuttaa beetahajoamisen, joka on eräs radioaktiivisuuden muoto. Äärimmäisen korkeilla energiatasoilla heikon vuorovaikutuksen voima ja sähkömagnetismi alkavat toimia samalla tavalla, ja tätä kutsutaan sähköheikoksi vuorovaikutukseksi.
Beetahajoaminen
Beetahajoamista tutkijat kutsuvat neutronin hajoamiseksi, toisin kuin alfahajoamista, jossa atomi hajoaa. Tällaiset hajoamiset tunnetaan yleisemmin radioaktiivisena hajoamisena. Beetahajoamisessa neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja neutriinoksi. Tämä ei kuitenkaan ole täydellinen kuva, vaan on olemassa välivaihe. Huomaa, että tässä prosessissa kokonaisvaraus säilyy. Säilymislait ovat hyvin tärkeitä, kun lasketaan tämän vuorovaikutuksen mahdollisia tuloksia.
Tarkemmin sanottuna beetahajoaminen alkaa neutronista, joka koostuu yhdestä ylös-kvarkista ja kahdesta alas-kvarkista. Koska up-kvarkkien varaus on +2/3 ja jokaisen down-kvarkin varaus on -1/3, saadaan 2/3 -1/3 -1/3 -1/3 = 0 varausta. Jos atomin ytimessä on liian monta neutronia, yhden neutronin down-kvarkki muuttuu heikon voiman vuoksi up-kvarkiksi. Tällöin neutronin varaus muuttuu 0:sta (2/3 +2/3 -1/3) = 1:ksi. Tästä seuraa, että neutroni ei ole enää neutroni, vaan itse asiassa protoni ( hiukkanen, jonka varaus on +1).
Kummallisen kvantti-ilmiön seurauksena tämä muunnos vapauttaa W-bosoniksi kutsutun hiukkasen. Tämä on heikon voiman mittabosoni (voimaa kantava hiukkanen). Kummallista kyllä, W-bosonin massa on noin 80 kertaa suurempi kuin neutronin. Tällaista tapahtuu itse asiassa hyvin usein kvanttimekaniikassa, mutta se noudattaa energian säilymistä, koska se tapahtuu niin nopeasti. 3x10–25 sekunnin kuluttua W-bosoni hajoaa elektroniksi ja elektronin antineutriinoksi. (Elektronin antineutriino ei oikeastaan tee paljoakaan). Tämä vapauttaa elektronin ja periaatteessa luo neutronista protonin.
