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Schwache Wechselwirkung

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Die '''schwache Wechselwirkung''' (auch '''schwache Kernkraft''' genannt) ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie ist unter anderem für den Betazerfall β--Zerfall verantwortlich, bei dem ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino umgewandelt wird. Die schwache Wechselwirkung wirkt zwischen allen (Chiralität linkshändigen) Quark (Physik) Quarks und (linkshändigen) Leptonen und vermittelt Umwandlungen und Austausch von Energie und Impuls zwischen ihnen. Sie ist um den Faktor 10-13 schwächer als die starke Wechselwirkung und aufgrund ihrer massiven Eichboson Austauschbosonen nur von geringer Reichweite (kleiner als ein Atomkernradius). Eine Quantenfeldtheorie, welche die schwache Wechselwirkung zusammen mit der Elektromagnetische Wechselwirkung elektromagnetischen Wechselwirkung beschreibt, ist das Elektroschwache Wechselwirkung Glashow-Weinberg-Salam-Modell. Man spricht in dieser Formulierung auch von zwei Aspekten der Elektroschwache Wechselwirkung elektroschwachen Wechselwirkung, die durch den Higgs-Mechanismus vereinheitlicht werden. Wie die elektromagnetische Wechselwirkung und die starke Wechselwirkung wird auch die schwache Wechselwirkung durch den Austausch von Bosonen beschrieben. Die Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung sind das neutrale Z-Boson sowie die beiden positiv bzw. negativ geladenen W-Bosonen. Die schwache Wechselwirkung verletzt die Parität (Physik) Paritätserhaltung, wie im Wu-Experiment nachgewiesen wurde.

Crossing-Symmetrie
Zur Beschreibung eines schwachen Prozesses verwendet man üblicherweise die Schreibweise einer Reaktionsgleichung, wie a + b \rightarrow c + d Die Teilchen a und b werden also in einem Prozess zu den Teilchen c und d umgewandelt. Ist dieser Vorgang möglich, so sind auch alle anderen möglich, die nach der Vertauschungsregel des Kreuzens (engl. crossing) entstehen. Ein Teilchen kann also auf die andere Seite der Reaktionsgleichung geschrieben werden, indem dort sein entsprechendes Antiteilchen notiert wird: b \rightarrow c + d + \bar a

Unterscheidung der Prozesse
Man unterscheidet schwache Prozesse sowohl danach, ob Leptonen und/oder Quarks an ihnen beteiligt sind, als auch danach, ob der Prozess durch ein elektrisch geladenes W-Boson (W^+,W^-) oder das neutrale Z^0 Boson vermittelt wurde. Die Bezeichnungen schwacher Prozesse lauten wie folgt: :{| class="prettytable" |- class="hintergrundfarbe6" ! ! colspan=2 |
vermittelt durch
|- !align="center"| beteiligt |align="center"|W^+,W^- |align="center"|Z^0 |- |align="center"|nur Quarks |align="center"|"hadronisch geladen" |align="center"|"hadronisch neutral" |- |align="center"|Quarks und Leptonen |align="center"|"semileptonisch geladen" |align="center"|"semileptonisch neutral" |- |align="center"|nur Leptonen |align="center"|"leptonisch geladen" |align="center"|"leptonisch neutral" |}

Die Prozesse


1. Leptonischer Prozess
Ein elementarer geladener leptonischer Prozess ist ein Zerfallsprozess eines Leptons L in ein Lepton L' unter Beteiligung ihrer entsprechenden Neutrinos bzw. Antineutrinos (\nu_L , \bar\nu_L): L \rightarrow \nu_L + L^\prime + \bar\nu_{L^\prime} Als Beispiel möge der Zerfall von Tauonen dienen: \tau^- \rightarrow \nu_\tau + e^- + \bar\nu_e sowie \tau^- \rightarrow \nu_\tau + \mu^- + \bar\nu_\mu wie auch die damit verbundenen Streuprozesse \tau^- + \bar\nu_\tau \rightarrow e^- + \bar\nu_e sowie \tau^- + \nu_\mu \rightarrow \nu_\tau + \mu^-

2. Semileptonischer Prozess
Bild:BetaDecay.jpg thumb|250px|Betazerfall des Neutrons Bei einem elementaren geladenen semileptonischen Prozess sind neben Leptonen auch Quarks bzw. Antiquarks (q_1,\bar q_2) beteiligt: q_1 + \bar q_2 \rightarrow L + \bar\nu_L Ein Beispiel für einen semileptonischen Prozess ist der bereits genannte Betazerfall β--Zerfall des Neutrons, bei welchem sich ein Down-Quark des Neutrons in ein Up-Quark umwandelt, wodurch das Neutron zu einem Proton wird: Quarkdarstellung: d^{-1/3} \rightarrow u^{+2/3} + e^- + \bar \nu_e Hadronendarstellung: n \rightarrow p + e^- + \bar \nu_e, wobei die beteiligten Teilchen folgendermaßen aufgebaut sind: n = udd, p = uud Der hier gezeigte Prozess wird durch ein W^- Boson vermittelt, weil das negativ geladene Down-Quark in ein positiv geladenes Up-Quark umgewandelt wird - die negative Ladung muss daher durch ein W^- Boson „weggetragen“ werden. d^{-1/3} und u^{+2/3} müssen also Quarks sein, deren Ladung zusammen gerade -e ist. Da sich ein Neutron aus zwei Down- und einem Up-Quark aufbaut, jedoch nur eines umgewandelt wird, sind zwei von ihnen unbeteiligt. Solche unbeteiligten Quarks nennt man daher „Zuschauerquarks“ (engl. spectator quarks).

3. Hadronischer Prozess
Bild:KaonDecay.jpg thumb|250px|Kaon-Zerfall Bei einem elementaren geladenen hadronischen (bzw. nichtleptonischen) Prozess sind nur Quarks bzw. Antiquarks beteiligt: q_1 + \bar q_2 \rightarrow q_3 + \bar q_4 Der Kaon-Zerfall ist ein gutes Beispiel für einen hadronischen Prozess Quarkdarstellung: \bar s^{+1/3} \rightarrow u^{+2/3} + \bar u^{-2/3}+ \bar d^{+1/3} Hadronendarstellung: K^+ \rightarrow \pi^+ + \pi^0, wobei die beteiligten Teilchen folgendermaßen aufgebaut sind: K^+ = u\bar s , \pi^+ = u\bar d , \pi^0 = u\bar u Bei diesem Prozess ist das Up-Quark des Kaons wieder ein unbeteiligter Zuschauer. Die positive Ladung des Strange-Antiquarks wird durch ein W^+ Boson weggetragen. Durch diesen Austausch ändert das Quark seinen Quark (Physik) Flavor zu einem Anti-Up-Quark. Kategorie:Physik Kategorie:Kernphysik Kategorie:Teilchenphysik ca:Força nuclear feble cs:Slabá interakce da:Svag kernekraft el:Ασθενής αλληλεπίδÏ?αση en:Weak interaction eo:Malforta nuklea forto es:Interacción nuclear débil fa:نیروی هسته‌ای ضعیÙ? fi:Heikko vuorovaikutus fr:Interaction faible gl:Interacción nuclear débil he:הכוח הגרעיני החלש hu:Gyenge kölcsönhatás it:Forza nucleare debole ja:å¼±ã?„相互作用 ko:약한 ìƒ?호작용 nl:Zwakke kernkracht no:Svak kjernekraft pl:OddziaÅ‚ywanie sÅ‚abe pt:Força nuclear fraca ru:Слабое взаимодейÑ?твие sk:Slabá interakcia sl:Å ibka jedrska sila sv:Svag växelverkan tr:Zayıf Nükleer Kuvvet zh:弱相互作用 zh-min-nan:JioÌ?k-laÌ?t

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