En physique des particules, la force faible est cruciale pour la modification des quarks, la modification de la structure atomique et la transmutation des éléments. La force faible est la force qui provoque la transformation des quarks en différents types de quarks ou qui modifie la charge d'un quark. C'est l'une des trois forces fondamentales du modèle standard de la physique des particules, c'est-à-dire des forces qui ne peuvent être réduites à des forces plus petites. Dans le modèle standard de la physique des particules, la force faible est portée par des particules subatomiques appelées bosons W et Z.

L'expérience de précision sur l'hélium-3 du laboratoire national d'Oak Ridge mesure la force faible entre les protons et les neutrons en détectant les minuscules signaux électriques produits lorsque les neutrons se combinent avec les noyaux d'hélium-3 puis se désintègrent. Crédit image : Andy Sproles/ORNL, Département américain de l'énergie

Transformation des quarks et transformation des éléments

La force faible convertit les protons en neutrons et vice versa en convertissant les quarks en d'autres types de quarks. Ceci est important car cette transformation change les atomes d’un élément à un autre. Un proton contient deux quarks up et un quark down. Les neutrons contiennent un quark up et deux quarks down. Dans le noyau, les protons et les neutrons sont maintenus ensemble par des forces puissantes. En revanche, la force faible ne maintient pas les objets ensemble ni ne les sépare. Au lieu de cela, il modifie la « saveur » d’un quark, le faisant passer d’un quark up à un quark down, ou vice versa. En transformant les quarks en différents types de quarks, la force faible transforme les neutrons en protons et les protons en neutrons.

Le mécanisme des interactions faibles et leurs effets

Ce changement décrit un processus appelé « interaction faible ». Un type d’interaction faible est la désintégration bêta, qui est un type de désintégration radioactive. Une forme de désintégration bêta est la désintégration bêta plus, qui implique la force faible provoquant la transformation d'un proton en neutron. Ce processus libère un positron et un neutrino électronique. Cela réduit également le numéro atomique d’un élément de un, le transformant en un autre élément. Par conséquent, le carbone 10 se désintègre en bore 10. Une autre forme de désintégration bêta est la désintégration bêta négative, qui est la conversion d'un neutron en proton par la force faible. Ce processus produit un électron et un électron utrinino. Il augmente également le numéro atomique d’un atome de un et le transforme également en un élément différent. Par exemple, le carbone 14 devient de l’azote 14.

Explorer la diversité des interactions faibles

Outre la désintégration bêta, les scientifiques ont découvert de nombreux autres types d’interactions faibles. Ces interactions faibles sont soit des interactions « courant chargé », soit des interactions « courant neutre ». Les interactions à « courant chargé » modifient la charge des quarks, contrairement aux interactions à « courant neutre ». C'est pourquoi il existe deux types de bosons : le boson W, qui est chargé, et le boson Z, qui n'est pas chargé.

faits sur la force faible

La force faible est la seule force fondamentale qui viole certaines symétries. Vous pouvez en apprendre davantage dans cette vidéo du Laboratoire Fermi sur la force faible :

Et apprenez-en davantage sur toutes les forces dans cette vidéo plus longue du Fermilab :

Lisez l'histoire de Scientific American pour découvrir comment les scientifiques comprennent comment une force puissante est créée. Au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie, les scientifiques mènent des expériences précises pour mesurer la force faible.

Département de l'Énergie, Bureau des Sciences : Contributions au modèle standard de physique des particules

Le ministère de l’Énergie soutient depuis longtemps la recherche sur les particules élémentaires et les forces qui agissent sur elles. Cinq des six quarks, un lepton et les trois neutrinos ont été découverts dans ce qui est aujourd'hui le Laboratoire national du ministère de l'Énergie. Les chercheurs soutenus par le Bureau des sciences du ministère de l'Énergie, collaborant souvent avec des scientifiques du monde entier, ont contribué aux découvertes lauréates du prix Nobel et à des mesures raffinées du modèle standard.

Ces efforts se poursuivent aujourd’hui. Avec le soutien du Bureau scientifique du ministère de l'Énergie, les scientifiques mènent des expériences pour tester avec précision le modèle standard et améliorer encore les mesures des propriétés des particules et de leurs interactions. Les théoriciens travaillent avec des scientifiques expérimentaux pour développer de nouvelles façons d'explorer le modèle standard à l'aide d'accélérateurs de particules et d'autres outils. La recherche pourrait fournir des informations sur les particules et les forces inconnues liées à la matière noire, à l’énergie noire et sur ce qui est arrivé à l’antimatière après le Big Bang.

Compilé à partir de /ScitechDaily

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