Schwaches

Die schwache Wechselwirkung ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie ist keine anziehende oder abstoßende Kraft, sondern wandelt Teilchenineinander um. Sie ist unter anderem für den ?^--Zerfallverantwortlich, bei dem sich ein Neutronin ein Proton, ein Elektronund ein Elektron-Antineutrinoumwandelt.

Die schwache Wechselwirkung wirkt zwischen allen Quarksund Leptonenund vermittelt Umwandlungen und Austausch von Energie und Impuls zwischen ihnen. Sie ist um einen Faktor 10⁹ schwächer als die starke Wechselwirkung und aufgrund ihrer massiven Austauschbosonennur von geringer Reichweite (kleiner als ein Atomkernradius).

Eine Quantenfeldtheorie, die die schwache Wechselwirkung zusammen mit der elektromagnetischen Wechselwirkungbeschreibt, ist das Glashow-Weinberg-Salam-Modell. Man spricht in dieser Formulierung auch von zwei Aspekten der elektroschwachen Wechselwirkung, die durch den Higgs-Mechanismusvereinheitlicht werden.

Wie die elektromagnetische Wechselwirkung und die starke Wechselwirkungwird die schwache Wechselwirkung durch den Austausch von Bosonenbeschrieben. Die Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung sind das Z-Bosonsowie die beiden (positiv bzw. negativ geladenen) W-Bosonen.

Die schwache Wechselwirkung verletzt die Paritätserhaltung, wie im Wu-Experimentnachgewiesen wurde.

Inhaltsverzeichnis

1 Crossing-Symmetrie
2 Unterscheidung der Prozesse
3 Die Prozesse
- 3.1 1. Leptonischer Prozess
- 3.2 2. Semileptonischer Prozess
- 3.3 3. Hadronischer Prozess
4 Siehe auch:

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:

	vermittelt durch
beteiligt	$W +, W -$	$Z 0$
nur Quarks	"hadronischgeladen"	"hadronisch neutral"
Quarks und Leptonen	"semileptonisch geladen"	"semileptonisch neutral"
nur Leptonen	"leptonisch geladen"	"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 Neutrinosbzw. Antineutrinos ( $\nu_L , \bar\nu_L$ ): $L \rightarrow \nu_L + L^\prime + \bar\nu_{L^\prime}$

Als Beispiel möge der Zerfall von Tauonendienen:

$\tau^- \rightarrow \nu_\tau + e^- + \bar\nu_e$

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

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 Beta-minus Zerfalldes 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: $n = u d d$ , $p = u u d$

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

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 Flavourzu einem Anti-Up-Quark.

Siehe auch:

Grundkräfte der Physik
Eichbosonca:Força nuclear feble

cs:Slabá interakce da:Svag kernekraft en:Weak nuclear force eo:Malforta nuklea forto es:Interacción nuclear débil fr:Interaction faible he:???? ??????? ???? hu:Gyenge kölcsönhatás it:Forza nucleare debole ja:?????? ko:?? ???? nl:Zwakke kernkracht pl:Oddzia?ywanie s?abe pt:Força nuclear fraca ru:?????? ?????????????? sl:?ibka jedrska sila sv:Svag växelverkan zh:?????

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