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弱相互作用力,简称弱力,作用力的强度也比强力小得多,但在放射现象中起重要作用,β衰变中放出电子和场态粒子。
1895年,德国的一位物理学家威廉·康拉德·伦琴发现置于真空放电管附近的密封底片,虽然没有暴露在光线下,但却变成了灰色。伦琴断定,放电管内一定存在着能穿透底片的“光线”。1896年,法国的亨利·贝克勒尔为了考察新发现的X射线,将一块天然铀盐矿石放在一张用黑纸包起来的照相底片上,发现一种新的射线。1900年,居里夫妇开始有系统地从元素、化合物、天然矿物中寻找这种效应。从沥青铀矿中制取了放射性元素镭,另几位学者还发现了钋和锕。
这一连串的新奇发现,引起了科学家们的震惊和注意。原来,原子量很大的元素,几乎都具有放射性。经过一段研究之后,人们才弄清了放射出来的射线具有三种不同的成分:一种叫α射线,并确定α粒子就是氦的原子核;一种是β射线,其实就是一种高速运动的电子流,在电场中偏向正极;还有一种射线叫γ射线,其实就是一种不带电的高能电磁波。
天然的β衰变,正是原子核内的中子放出电子,衰变成一个质子的现象。当人们想进一步弄清β衰变时,物理学竟在微观领域遇上了一场生死存亡的挑战。按照物理学中最重要的能量守恒定律,β衰变过程中,原子核内部中子衰变成质子而失去的能量,应该等于它所放出的电子带走的能量。然而,实验结果表明,电子所带走的能量,总比原子核应该放出的能量少得多。直接观测的β衰变过程表明,电子具有从零到某一上限的不同动能。这说明原子核所失去的能量并不恒等,有多有少。
弱相互作用共有两种。第一种叫“载荷流相互作用”,因为负责传递它的粒子带电荷(W+或W−),β衰变就是由它所引起的。第二种叫“中性流相互作用”,因为负责传递它的粒子,Z玻色子,是中性的。
W及Z玻色子是弱相互作用的媒介粒子,实际上是粒子间的半锁定场态粒子间传递的电磁相互作用,而半锁定场态粒子是弱相互作用粒子的组成部分,因此半锁定场态粒子不仅可以传递电磁相互作用,也可以相互交换粒子。
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