How big is Atingo de la malforta forto?
1 atometro!
La malforta forto estas unu el la kvar fundamentaj fortoj de la naturo, kaj ĝi agas nur sur tre mallongaj distancoj. Ĝia atingo, la distanco, kiun ĝi povas atingi, estas ĉirkaŭ 10−18 metroj, tio estas 1 atometro. Tio estas malpli ol milono de la larĝo de protono.
Distanco
Atometro estas 10−18 metroj, tio estas miliardono de miliardono de metro. La skribo 10−18 signifas 1 dividitan per 1 kun 18 nuloj post ĝi. La atingo ne estas rando, kiun iu mezuris per instrumento. Ĝi estas takso, kalkulita el la maso de la partikloj, kiuj transdonas la forton.
La malfortan forton transdonas partikloj nomataj W- kaj Z-bozonoj. Ili estas pezaj: W-bozono havas ĉirkaŭ 86 fojojn la mason de protono, kaj Z-bozono ĉirkaŭ 97 fojojn. Kvantuma fiziko permesas al partiklo, kiu transdonas forton, ekzisti nur dum mallonga momento, kaj ju pli peza la partiklo, des pli mallonga la momento.
Eĉ moviĝante kun rapideco preskaŭ egala al tiu de lumo, W-bozono povas trairi nur ĉirkaŭ 2 × 10−18 metrojn en tiu tempo, laŭ la lernolibro University Physics Volume 3. CERN, la eŭropa laboratorio pri partikla fiziko, rondigas la atingon al ĉirkaŭ 10−18 metroj. Ĝi aldonas, ke la forto tute malaperas preter la radiuso de unusola protono.
Komparoj de grando
- Protono, ĉirkaŭ 1,7 femtometrojn (1,7 × 10−15 metrojn) larĝa, estas ĉirkaŭ 1 700 fojojn pli larĝa ol la atingo de la malforta forto.
- La forta forto, kiu kunligas kvarkojn en protonoj kaj neŭtronoj, atingas ĉirkaŭ 10−15 metrojn, ĉirkaŭ 1 000 fojojn pli for ol la malforta forto.
- Eksperimentoj trovis, ke kvarko, se ĝi entute havas grandon, estas malpli ol ĉirkaŭ 8,6 × 10−19 metrojn larĝa, iom malpli ol la atingo de la malforta forto.
- Se la atingo de la malforta forto pligrandiĝus ĝis la dikeco de homa haro, kiu estas ĉirkaŭ 0,1 milimetrojn dika, protono estus ĉirkaŭ 17 centimetrojn larĝa kaj hidrogena atomo ĉirkaŭ 11 kilometrojn larĝa.
Kion faras la malforta forto
La malforta forto povas ŝanĝi unu specon de kvarko en alian. Tiel neŭtrono iĝas protono en beta-disfalo, speco de radioaktiva disfalo. La neŭtrono elsendas W-bozonon kaj iĝas protono, kaj la W-bozono poste transformiĝas en elektronon kaj kontraŭneŭtrinon.
La malforta forto povas ankaŭ ŝanĝi protonon en neŭtronon. Tio okazas en la unua paŝo de la nuklea fuzio, kiu energiigas la Sunon. Du protonoj kuniĝas, kaj unu el ili iĝas neŭtrono, kreante deŭterion, pezan formon de hidrogeno. Neŭtrinoj sentas nur la malfortan forton kaj gravitadon, kaj la plej multaj trapasas tutan planedon sen esti haltigitaj.
Kvankam ĝi nomiĝas malforta, tiu forto estas multe pli forta ol gravitado. CERN klarigas, ke tiu forto estas esence same forta kiel la elektromagneta forto, kaj ŝajnas malforta, ĉar la pezaj W- kaj Z-bozonoj limigas ĝian atingon.
La trovo de la W- kaj Z-bozonoj
Enrico Fermi proponis la unuan teorion pri la malforta forto en 1933. En la 1960-aj jaroj Sheldon Glashow, Abdus Salam kaj Steven Weinberg proponis, ke la malforta kaj elektromagneta fortoj estas du formoj de unusola elektromalforta forto. Ilia teorio antaŭdiris la W- kaj Z-bozonojn kaj, kombine kun pli fruaj eksperimentoj, iliajn masojn.
Por produkti la bozonojn, fizikistoj ĉe CERN ŝanĝis la plej grandan akcelilon de la laboratorio en maŝinon, kiu koliziigis protonojn kun kontraŭprotonoj. La eksperimentoj UA1 kaj UA2 tie observis ambaŭ partiklojn unuafoje en 1983, kun la antaŭdiritaj masoj. Carlo Rubbia kaj Simon van der Meer ricevis la Nobel-premion pri fiziko de 1984 por la malkovro.
Fontoj
- The Z boson. CERN.
- The Standard Model. CERN.
- The Standard Model. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
- Introduction to Particle Physics. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
- The Four Basic Forces. In College Physics, 2nd edition. OpenStax, 2022.
- Mass, Energy, and the Theory of Relativity. In Astronomy, 2nd edition. OpenStax, 2022.
- Summary Tables: Gauge and Higgs Bosons. Particle Data Group, 2025.
- Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. H. Abramowicz et al. (ZEUS Collaboration), Physics Letters B, 2016.
- SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Proton mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
- Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.