La Interacción Débil en Física Nuclear - Resumen

La Interacción Débil

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En física nuclear y física de partículas , la interacción débil , que a menudo también se llama fuerza débil o fuerza nuclear débil , es el mecanismo de interacción entre partículas subatómicas que es responsable de la desintegración radiactiva de los átomos.

 La interacción débil desempeña un papel esencial en la fisión nuclear ,  y la teoría con respecto a ella, tanto en términos de su comportamiento como de sus efectos, a veces se denomina dinámica cuántica de la flavourdinámica ( QFD).) 
Sin embargo, el término QFD rara vez se usa, porque la fuerza débil se entiende mejor en términos de la teoría de electrodébilidad (EWT).
El rango efectivo de la fuerza débil está limitado a distancias subatómicas, y es menor que el diámetro de un protón. Es una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza relacionadas con la fuerza conocidas , junto con la interacción fuerte , el electromagnetismo y la gravitación .

El modelo estándar de física de partículas proporciona un marco uniforme para comprender las interacciones electromagnéticas, débiles y fuertes. Una interacción ocurre cuando dos partículas (típicamente, pero no necesariamente fermiones de espín de medio entero ) intercambian bosones de espín entero y portadores de fuerza . Los fermiones involucrados en tales intercambios pueden ser elementales (por ejemplo, electrones o quarks ) o compuestos (por ejemplo, protones o neutrones ), aunque en los niveles más profundos, todas las interacciones débiles son, en última instancia, entre partículas elementales .
En la interacción débil, fermiones pueden intercambiar tres tipos de portadores de fuerza, es decir W + , W - , y bosones Z . Las masas de estos bosones son mucho mayores que la masa de un protón o neutrón, lo que es consistente con el corto alcance de la fuerza débil. De hecho, la fuerza se denomina débil porque su intensidad de campo en una distancia dada es típicamente varios órdenes de magnitud menor que la de la fuerza nuclear fuerte o la fuerza electromagnética.
Los Quarks , que forman partículas compuestas como los neutrones y los protones, vienen en seis "sabores": arriba, abajo, extraño, encanto, arriba y abajo, que le dan a esas partículas compuestas sus propiedades. La interacción débil es única porque permite que los quarks cambien su sabor por otro. El intercambio de esas propiedades está mediado por los bosones portadores de fuerza. Por ejemplo, durante la desintegración beta menos , un quark hacia abajo dentro de un neutrón se transforma en un quark hacia arriba, convirtiendo el neutrón en un protón y dando como resultado la emisión de un electrón y un antineutrino electrónico.
La interacción débil es la única interacción fundamental que rompe la simetría de paridad y , de manera similar, la única que rompe la simetría de paridad de carga .
Otros ejemplos importantes de fenómenos que involucran la interacción débil incluyen la desintegración beta y la fusión de hidrógeno en helio que impulsa el proceso termonuclear del Sol. La mayoría de los fermiones se descomponen por una interacción débil con el tiempo. Tal descomposición hace posible la datación por radiocarbono , ya que el carbono 14 se descompone a través de la interacción débil con el nitrógeno-14 . También puede crear radioluminiscencia , comúnmente utilizada en la iluminación de tritio , y en el campo relacionado de los betavoltaicos . 

Durante la época del quark del universo primitivo , la fuerza de electrodepósito se separó en las fuerzas electromagnéticas y débiles.

Historia
En 1933, Enrico Fermi propuso la primera teoría de la interacción débil, conocida como la interacción de Fermi . Sugirió que la desintegración beta podría explicarse por una interacción de cuatro fermiones , que involucra una fuerza de contacto sin rango. 
Sin embargo, se describe mejor como un campo de fuerza sin contacto que tiene un rango finito, aunque muy corto.  En 1968, Sheldon Glashow , Abdus Salam y Steven Weinberg unificaron la fuerza electromagnética y la interacción débil al mostrar que son dos aspectos de una sola fuerza, ahora denominada fuerza electrodébil. 
La existencia de los bosones W y Z no se confirmó directamente hasta 1983.

La interacción débil cargada eléctricamente es única en varios aspectos:
Es la única interacción que puede cambiar el sabor de los quarks (es decir, de cambiar un tipo de quark a otro).
Es la única interacción que viola P o la simetría de paridad . También es el único que viola la simetría CP de paridad de carga .
Tanto las interacciones cargadas eléctricamente como las eléctricamente neutras están mediadas (propagadas) por partículas portadoras de fuerza que tienen masas significativas, una característica inusual que se explica en el Modelo Estándar por el mecanismo de Higgs .

• sabor ó flavour se refiere a las especies de una partícula elemental. El modelo estándar cuenta seis sabores de quarks y seis sabores de leptones. Se parametrizan convencionalmente con números cuánticos de sabor que se asignan a todas las partículas subatómicas. También pueden ser descritos por algunas de las simetrías familiares propuestas para las generaciones quark-lepton.

Números cuánticos de sabor

• Isospin : I o I 3
• Encanto : C
• Extrañeza : S
• Topness : T
• Fondo : B ′

Números cuánticos relacionados

• Número de barión : B
• Número de Lepton : L
• Isospin débil : T o T 3
• Carga eléctrica : Q
• X-carga : X

Un quark de un sabor dado es un estado propio de la parte de una interacción débil de un hamiltoniano: que interectuará de una manera definitiva con los bosones W+, W− y Z. Por otro lado, un fermión de una masa determinada (un estado propio de la cinética y parte de un hamiltoniano de la interacción fuerte) es normalmente una superposición de varios sabores. Como resultado, el sabor que contiene un estado cuántico puede cambiar como éste se propague libremente. La transformación del sabor a una masa basada en quarks es dado por la así llamada matriz Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (matriz CKM). Por definición entonces, la matriz define la fuerza de un cambio de sabor bajo la interacción débil de quarks. La matriz CKM permite la violación CP si hay al menos tres generaciones

Antipartículas y hadrones

Los números cuánticos de sabor son aditivos. Entonces las antipartículas tienen un sabor igual en magnitud a las partículas pero con signo opuesto. Los hadrones obtienen su número cuántico de sabor de su quark de valencia: esta es la base de la clasificación en el modelo quark. La relación entre la hipercarga, carga eléctrica y otros números cuánticos de sabor se mantiene de los hadrones como también en los quarks.

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Bibliografia:

Enciclopedia Moderna, Enciclopedia Britanica® 2011

Nueva Enciclopedia Tematica Grolier 2012

Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2009.
https://www.ecured.cu 

www.wikipedia.org

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