Interacțiunea slabă, numită și forța slabă sau forța nucleară slabă, este una dintre cele patru forțe fundamentale din univers. Ea este purtată de particule cunoscute sub numele de bosoni W și Z, care sunt bosoni gauge. Forța slabă determină dezintegrarea beta, o formă de radioactivitate. La niveluri de energie extrem de ridicate, forța de interacțiune slabă și electromagnetismul încep să acționeze la fel, iar acest lucru se numește interacțiune electromagnetică slabă.
Interacțiunea slabă
Dezintegrare beta
Dezintegrarea beta este ceea ce oamenii de știință numesc descompunerea neutronilor, spre deosebire de dezintegrarea alfa, în care un atom se descompune. Aceste tipuri de descompunere sunt cunoscute mai degrabă sub numele de descompunere radioactivă. În cadrul unei dezintegrări beta, un neutron se descompune într-un proton, un electron și un neutrino. Totuși, aceasta nu este o imagine completă, există o etapă intermediară. Observați că acest proces păstrează sarcina totală. Legile de conservare sunt foarte importante atunci când se calculează rezultatele posibile ale acestor interacțiuni.
Cu mai multe detalii, dezintegrarea beta începe cu un neutron, care este format dintr-un quarc up și doi quarci down. Deoarece quarcii up au o sarcină de +2/3, iar fiecare quarc down are o sarcină de -1/3, rezultă că 2/3 -1/3 -1/3 -1/3 = 0 sarcină. Din cauza forței slabe, dacă în nucleul unui atom există prea mulți neutroni, unul dintre quarcii down dintr-un neutron se transformă într-un quarc up. Acest lucru ar schimba sarcina neutronului de la 0 la (2/3 +2/3 -1/3) = 1. De aici rezultă că neutronul nu mai este un neutron, ci de fapt un proton ( o particulă cu sarcina +1).
Printr-un efect cuantic ciudat, această transformare eliberează o particulă numită boson W. Acesta este bosonul gauge (particula purtătoare de forță) al forței slabe. În mod ciudat, bosonul W are o masă de aproximativ 80 de ori mai mare decât cea a unui neutron. Acest tip de lucru se întâmplă de fapt foarte des în mecanica cuantică, dar respectă principiul conservării energiei, deoarece se întâmplă foarte repede. După 3 x 10–25 secunde, bosonul W se descompune într-un electron și un antineutrino de electron. (Antineutrinul electronic nu face mare lucru). Acest lucru eliberează electronul și, practic, creează un proton dintr-un neutron.