Hat die schwache Kraft eine im Alltag beobachtbare anziehende/abstoßende Kraft wie die anderen Kräfte?

Im Alltag? Wie in Ihrer Küche? Nein. Oder wenn ja, ganz anders als Sie denken.

Wenn Sie darauf bestehen, die grundlegenden Wechselwirkungen in Bezug auf Anziehung und Abstoßung zu betrachten, besteht eine Möglichkeit darin, sie alle in Bezug auf die potentielle Energie von Yukawa zu beschreiben.

wobei das Vorzeichen aus den relativen Vorzeichen der beteiligten Ladungen stammt und anziehende von abstoßenden Potentialen unterscheidet, die Kopplungskonstante$\alpha$wird experimentell bestimmt , und der Bereichsparameter

hängt von der Masse ab$m$des Feldes, das die Interaktion vermittelt. Für Gravitation, Elektromagnetismus und die QCD-Farbkraft ist dieses Feld (Graviton, Photon, Gluon) masselos, sodass diese Kräfte im Prinzip eine unendliche Reichweite haben. Allerdings ist im starken Fall die Kopplung konstant$\alpha$ist so groß, dass der Austausch mehrerer Gluonen wichtiger ist als der Austausch einzelner Gluonen. Diese starke Kopplung bedeutet, dass Farbladungen effektiv nicht voneinander getrennt werden können, was als "Farbbeschränkung" bekannt ist. Bei niedrigen Energien und großen Entfernungen wird die effektive starke Wechselwirkung durch ein Spektrum massiver Mesonenfelder vermittelt, deren eigene Yukawa-Potentiale sich verschwören , um den Kernen die Struktur zu geben, die sie haben. Eine durch Pionen vermittelte Anziehungskraft wirkt zwischen Nukleonen, die einige Femtometer voneinander entfernt sind, aber eine durch schwerere Mesonen vermittelte Abstoßungskraft macht es für Nukleonen teuer, sich näher als etwa einen Femtometer zu nähern.

Bei der schwachen Wechselwirkung haben die Bosonen mit geladenem und neutralem Strom beide Massen von fast$100\,\mathrm{GeV}/c^2$. Das ist drei Größenordnungen größer als die Pion-Masse$140\,\mathrm{MeV}/c^2$, was hauptsächlich die Größe eines Nukleons definiert. Damit Nukleonen also eine Anziehung oder Abstoßung aufgrund der schwachen Kraft spüren, müssten sie sich im Wesentlichen auf eine Weise "überlappen", die durch die Abstoßung des harten Kerns der starken Restkraft verboten ist. Die Wirkungen der starken Kraft sind viel größer als die Wirkungen der schwachen Kraft – teilweise, weil die Kopplungskonstanten unterschiedlich sind, aber teilweise, weil die starke Kraft verhindert, dass sich Teilchen so nahe aneinander annähern, dass die schwache Kraft sie sehr stark beeinflussen kann direkt.

Dieselbe Eigenschaft, die die schwache Kraft in Kernen weitgehend irrelevant macht (und mehr noch in elektromagnetisch gebundenen Systemen, wo die Längenskalen länger sind als in Kernen, und noch mehr in den noch größeren gravitativ gebundenen Systemen), macht auch die schwache Wechselwirkung schwerer zu messen. Tatsächlich wären Messungen der schwachen Wechselwirkung in stark wechselwirkenden Systemen unmöglich , wenn die starke und die schwache Wechselwirkung denselben Symmetriesatz hätten, und wir wären darauf beschränkt, geduldig auf schwache Zerfälle zu warten. Wir können uns jedoch die Tatsache zunutze machen, dass die schwache Wechselwirkung die einzige der fundamentalen Kräfte ist, die sich unter Spiegelung ändert .

Wenn es eine Möglichkeit gibt, dass die schwache Wechselwirkung das Leben in Ihrer Küche beeinflusst, dann deshalb, weil die schwache Wechselwirkung die Parität verletzt und die anderen grundlegenden Wechselwirkungen dies nicht sind. Die Vester-Ulbricht-Hypothese deutet darauf hin, dass die Paritätsverletzung historisch wichtig gewesen sein könnte. Aber es ist eine viel subtilere Situation als „X wird von Y angezogen“, denn in Anziehungs- und Abstoßungswettkämpfen verliert die schwache Wechselwirkung immer gegen den Elektromagnetismus und die starke Kraft.

Die Fermikonstante$G_F$Charakterisierung der schwachen Wechselwirkungen ist das halbe Quadrat von$10^{-18}$m, daher ein viel kürzerer charakteristischer Abstand als die Größe der Kerne oder jedes zusammengesetzten Teilchens.

Aus diesem Grund können die schwachen Wechselwirkungen beim mikroskopischen Zerfall und den Artenmutationseigenschaften von Partikeln helfen, aber kaum zu kollektiven, kohärenten, makroskopischen Effekten führen.

NB beiseite. Die starke Kraft ist in dieser Hinsicht nicht viel anders: Obwohl ihre Reichweite etwa tausendmal größer ist als die der schwachen Wechselwirkungen, der Größenordnung von Fermis, hat auch sie keine alltäglichen makroskopischen Konsequenzen, die der Kernstruktur nicht innewohnen.

Alltagsleben? Vielleicht, wenn Sie ein Doktorand sind und im Labor leben.

Dies stammt aus den Feynman Lectures , 52-2. Feynman spricht über Symmetrie und wie man links und rechts für einen Marsmenschen beschreibt. Wir können kein Beispiel zeigen. Wir müssen Worte verwenden.

Unter Verwendung eines sehr starken Magneten bei sehr niedriger Temperatur stellt sich heraus, dass ein bestimmtes Isotop von Kobalt, das durch Emission eines Elektrons zerfällt, magnetisch ist, und wenn die Temperatur niedrig genug ist, dass die thermischen Schwingungen die atomaren Magneten nicht auch hin und her bewegen sehr, sie richten sich im Magnetfeld aus. Die Kobaltatome werden sich also alle in diesem starken Feld ausrichten. Sie zerfallen dann und emittieren ein Elektron, und es wurde entdeckt, dass, wenn die Atome in einem Feld angeordnet waren, dessen B-Vektor nach oben zeigt, die meisten Elektronen nach unten emittiert wurden.

Kurz gesagt, wir können einem Marsmenschen sagen, wo er das Herz platzieren soll: Wir sagen: „Hören Sie, bauen Sie sich einen Magneten und setzen Sie die Spulen ein und legen Sie den Strom an, und nehmen Sie dann etwas Kobalt und senken Sie die Temperatur. Ordnen Sie das Experiment so an, dass die Elektronen vom Fuß zum Kopf fließen, dann ist die Richtung, in der der Strom durch die Spulen fließt, die Richtung, die rechts hineingeht und links herauskommt.“ Es ist also jetzt möglich, rechts und links zu definieren, indem man ein Experiment dieser Art durchführt.] 1

Hier erfahren Sie mehr über die dahinter stehenden CP- und CPT-Symetrien. Zeitumkehr und CPT-Symmetrie (III)

Punkt drei würde ich teilweise widersprechen. Es ist wahr, dass sie Kerne zusammenhalten, aber man kann nicht sagen, dass es sich um ein alltägliches Phänomen handelt. Aus den gleichen Gründen könnte man für die schwache Kraft von Beta-Zerfall sprechen , aber ich würde sie immer noch nicht als Auswirkungen des täglichen Lebens zählen. Außerdem ist das Volumen keine Eigenschaft, die mit der starken Kraft verbunden ist. In Bezug auf die Skalen ist die erzeugte EM-Kraft in dieser Hinsicht auf Tagesskalen am relevantesten. Mit anderen Worten, die Tatsache, dass man nicht durch Materie geht und sie ein Volumen einnimmt, ist hauptsächlich elektromagnetisch.

Alles in allem hat das beste Argument, das ich Ihnen geben kann, mit den beteiligten Eichbosonen zu tun. Sie können Kräfte in zwei Kategorien einteilen, in langwüchsige und kurzreichweitige. Die ersten fallen polynomiell mit der Entfernung ab, während die letzteren exponentiell mit der Entfernung abfallen. Das hat mit der Masse des Eichbosons zu tun, das eine solche Kraft übermittelt. Gravitation, Elektromagnetismus und die starke Kernkraft werden jeweils durch Gravitonen, Photonen und Gluonen vermittelt, die alle masselos sind und weitreichenden Kräften entsprechen. Während die schwache Kraft vermittelt wird$W^{\pm},Z$die massiv sind und daher dazu führen, dass sie eine Reichweite haben, die proportional zu ist$e^{-1/m_{Z,W^{\pm}}}$was den Unterschied in Größenordnungen in der Entfernung erklärt, bei der es relevant ist.

Wenn es keine schwache Wechselwirkung gäbe, wäre die Isotopenzusammensetzung vieler Elemente dramatisch anders: Es gäbe viel mehr Atome mit mehr Neutronen. Ich bin mir sicher, dass das unseren Alltag beeinflussen würde, kann aber jetzt noch keine näheren Angaben machen.

Ein Beispiel für die Verwendung der schwachen Wechselwirkung im Alltag (auch wenn Sie anderer Meinung sein mögen) ist die Positronen-Emissions-Tomographie ( https://en.wikipedia.org/wiki/Positron_emission_tomography ) .