La interacción nuclear débil y su partícula mediadora
Publicado por: Mariana Solano Badilla
La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones. Estos son sensibles únicamente a este tipo de interacción. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.
Esta cuarta interacción es la responsable del decaimiento de muchas partículas inestables (piones en muones, muones en electrones, etc.). Las partículas que participan en esta interacción son los leptones. Estas son partículas puntuales sin estructura, por lo que pueden considerarse como partículas realmente elementales en el sentido de que no están compuestas por otras partículas (Tipler y Mosca, 2010).
Sus partículas mediadoras son las W± y Z0, las cuales tienen spin 1 y masas enormes, 80,4 GeV/c2 para las W y 91,2 GeV/c2 para las Z0. En 1983 se confirmó, por medio de experimentos, la existencia de estas partículas. Con partículas mediadoras tan masivas, la interacción débil tiene un alcance mucho menor que la interacción fuerte. También hace honor a su nombre, porque es más débil que la interacción fuerte en un factor aproximado de 109 (Young y Freedman, 2013).
La efectividad de la fuerza débil se limita a un rango de distancia de 10-17 metros, alrededor del 1% del diámetro de un núcleo atómico típico. En las desintegraciones radiactivas, la fuerza de la interacción débil es aproximadamente 100 000 veces menor que la de la fuerza electromagnética. Sin embargo, ahora se sabe que la fuerza débil tiene intrínsecamente la misma fuerza que la fuerza electromagnética, y se cree que estas dos fuerzas aparentemente distintas son manifestaciones diferentes de una fuerza electrodébil unificada (Sutton, 2016).
La mayoría de las partículas subatómicas son inestables y se descomponen por la fuerza débil, incluso si no pueden decaer por la fuerza electromagnética o la fuerza nuclear fuerte. La vida útil de las partículas que se descomponen a través de la fuerza débil varía desde tan solo 10-13 segundos hasta 896 segundos, la vida media del neutrón libre (Sutton, 2016).
Los neutrones unidos en núcleos atómicos pueden ser estables, como lo son cuando ocurren en los elementos químicos más conocidos, pero también pueden dar lugar, a través de débiles desintegraciones, al tipo de radioactividad conocida como desintegración beta. En este caso, la vida útil de los núcleos puede variar de milésimas de segundo a millones de años. Aunque las interacciones débiles de baja energía son débiles, ocurren con frecuencia en el corazón del Sol y otras estrellas donde tanto la temperatura como la densidad de la materia son altas. En el proceso de fusión nuclear que es la fuente de la producción de energía estelar, dos protones interactúan a través de la fuerza débil para formar un núcleo de deuterio, que reacciona aún más para generar helio con la liberación simultánea de grandes cantidades de energía (Sutton, 2016).
En el siguiente video se pueden ver más detalles sobre la fuerza nuclear débil:
La efectividad de la fuerza débil se limita a un rango de distancia de 10-17 metros, alrededor del 1% del diámetro de un núcleo atómico típico. En las desintegraciones radiactivas, la fuerza de la interacción débil es aproximadamente 100 000 veces menor que la de la fuerza electromagnética. Sin embargo, ahora se sabe que la fuerza débil tiene intrínsecamente la misma fuerza que la fuerza electromagnética, y se cree que estas dos fuerzas aparentemente distintas son manifestaciones diferentes de una fuerza electrodébil unificada (Sutton, 2016).
La mayoría de las partículas subatómicas son inestables y se descomponen por la fuerza débil, incluso si no pueden decaer por la fuerza electromagnética o la fuerza nuclear fuerte. La vida útil de las partículas que se descomponen a través de la fuerza débil varía desde tan solo 10-13 segundos hasta 896 segundos, la vida media del neutrón libre (Sutton, 2016).
Los neutrones unidos en núcleos atómicos pueden ser estables, como lo son cuando ocurren en los elementos químicos más conocidos, pero también pueden dar lugar, a través de débiles desintegraciones, al tipo de radioactividad conocida como desintegración beta. En este caso, la vida útil de los núcleos puede variar de milésimas de segundo a millones de años. Aunque las interacciones débiles de baja energía son débiles, ocurren con frecuencia en el corazón del Sol y otras estrellas donde tanto la temperatura como la densidad de la materia son altas. En el proceso de fusión nuclear que es la fuente de la producción de energía estelar, dos protones interactúan a través de la fuerza débil para formar un núcleo de deuterio, que reacciona aún más para generar helio con la liberación simultánea de grandes cantidades de energía (Sutton, 2016).
En el siguiente video se pueden ver más detalles sobre la fuerza nuclear débil:
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