弱力的基本信息
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发布时间：2023-11-12 23:41
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时间：2024-08-03 16:36
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”。他抓住这一现象追踪下去，并将涂有铂氰酸钾磷光质的屏幕，置于放光管附近，屏幕闪闪发光。他又将金属厚片置于放电管和磷光屏中间，屏幕后便出现了金属的阴影。倘使再换上轻质的薄铅片或木片，屏幕几乎看不到这种阴影。当用这种射线来观察人体时，更为神奇的现象发生了：人体在屏幕后除剩下骷髅般的骨骼外，其它的一切都不见了！
无独有偶，继神秘的X射线发现之后，1896年，法国的亨利·贝克勒尔，想起了有一种天然铀盐矿石，经太阳曝晒之后，在暗室中观察，矿石会发出一种浅绿色的荧光。他为了考察新发现的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，打算放在太阳下曝晒，看底片是否也会像X射线那样感光。十分不巧，天气阴雨，贝克勒尔只得把底片连同矿石一起锁在不见光的抽屉里，并无意地在底片上放了一把钥匙，许多天过去了，贝克勒尔灵机一动，不妨把这张底片也冲出来看看。又一桩神奇的现象出现了：底片早已感光了，还呈现出一把钥匙的清晰阴影。进一步考察表明，这种射线是一种新的、穿透力也很强的射线。
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。他们从沥青铀矿和其它几种含铀矿物中，发现了比钠盐更为活跃的元素。居里夫人和贝蒙特合作，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，这是由两个质子和两个中子组成的、质量为氢原子质量四倍的带正电荷粒子流，经过质量和电荷测定，确定α粒子就是氦的原子核，具有强电离作用，在电场中偏向负极；一种是β射线，也就是贝克勒尔发现的射线，它其实就是一种高速运动的电子流0/-1e，贯穿能力很强，电离作用弱，在电场中偏向正极；还有一种射线叫γ射线，这是一种比X射线穿透力还要强得多的射线，它是一种不带电的高能电磁波，波长很短（0.001-0.0001nm），穿透力强，射程远，一次可照射很多材料，而且剂量比较均匀，危险性大，必须屏蔽（几个cm的铅板或几米厚的混凝土墙），在电场中不偏向。
物理学家们开始把注意力集中到原子核内部。那些来自原子核深处的神秘射线显示出：物理学中尚有一块未被开恳的“处女地”。到底是什么力量把α、β、γ射线中的粒子从原子核内部抛出来的呢？直到20世纪30年代，人们对原子核内部有了一个初步了解之后，才发现了支配微观世界规律的，又有一种新的自然力。 从上世纪末开始，人们的视野穿透到了另一个天地——微观世界。人们弄清了原子是由很小的原子核和绕核旋转的电子所组成。随后，人们又弄清了原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的。还搞清了它们之间的一些变化关系：中子发射一个电子就变成质子；质子又可发射一个正电子变成中子。表面看来，人们已弄清了一些新奇的、微观粒子的“换身术”。
中子→质子+电子
质子→中子+正电子
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。物理学家们为此提出了种种假设，但都无法解释这桩怪事。
正在这个紧要关头，在玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所里，有位大胆的青年物理学家泡利，于1933年提出了一个崭新的理论：在微观世界，确实存在着一个“窃能贼”，把原子核内释放的一部分能量偷走了。泡利假设：它可能不带电，质量也非常小，同周围的相互作用力很弱，所以就不知不觉地从测量仪器下溜走了。
恩里科·费米紧紧抓住泡利关于“中微子”的假设，继续向纵深思索：如果中微子真的存在，那么，在原子核里出现的β放射性行为，就可以解释为这样一个道理：原子核中的中子在衰变成质子的过程中，不仅是放出一个电子，同时还放出一个中微子。这就是说，前面所讲的那种“换身术”不对，正确的方法应是：
中子→质子+电子+中微子
究竟是一种什么力促使这种变化呢？仔细分析，电磁力不可能产生这个过程，因为电磁力的传递者是光子，而在这种衰变中没有光子参加。费米作了一个大胆的尝试，他假定：从质子到中子的衰变过程，是由于自然界中某种新的力引起的。经过一番琢磨，费米得出了几个新颖奇特的结论：
1.这个力要比电磁力弱10的11次方倍，但比万有引力要强得多；
2.这个力只能发生在四个自旋为二分之一的基本粒子之间；
3.这个力的作用力程非常短，几乎为零，即参与相互作用的粒子彼此一离开，力就迅速地消失了。
弱力没有本领把任何粒子束缚在一个较复杂的体系中，它只存在于一些粒子发生衰变和浮获的一瞬间，粒子之间一离开，弱力马上就消失。
人们认为自然界果真是存在着一种新的自然力——弱力。费米也因创立了弱力理论而闻名天下，他的理论得到了举世公认。 说起K介子之奇异，还有它另一段很不平凡的经历。1955年前后，围绕着奇异的K介子，物理学上发生了一桩大疑案，当时物理学家发现有两种K介子：一种衰变成两个π介子；一种衰变成三个π介子。为了区别它们，便将前者命名为θ介子，后者命名为τ介子。θ和τ介子除了衰变的差别之外，其它性质几乎一模一样。假如认为θ介子和τ介子是同一种粒子，只不过具有两种衰变方式，那么，就要动摇现代微观物理学中一条神圣的基本定律——宇称守恒定律。
宇称守恒定律是关于微观粒子体系的运动或变化的、具有左右对称性的定律。微观粒子体系在发生某种变化过程时，如核反应、基本粒子的产生和衰变等，其变化前的总宇称（其值为+1或-1）必须等于变化后的总宇称。其物理意义是：粒子体系和它的“镜像粒子”体系都遵从同样的运动变化规律。这条定律后来被李政道和杨振宁所打破，证实基本粒子的弱相互作用中，宇称并不守恒。 在已经发现的自然力中，弱力是最独特的一种，费米理论在解释弱作用过程中，尽管得到成功；但他提出：弱力只发生在基本粒子直接接触的一霎那间。很多物理学家不喜欢弱力的这种脾气，他们总是致力于追求大自然的和谐统一。
