Interacción débil
[2] La teoría de la interacción débil se conoce también como flavordinámica cuántica (QFD, de las siglas en inglés), aunque el término casi no se utiliza porque la fuerza nuclear débil se entiende mejor en términos de la teoría electrodébil (EWT).
Los bosones W y Z son mucho más pesados que los protones o neutrones; justamente eso explica el corto alcance de la interacción débil.
Tiene una propiedad única -llamada cambio de sabor del quark — que no ocurre en ninguna otra interacción.
Sin embargo, en la actualidad se describe como un campo que tiene un alcance (aunque muy pequeño).
[3] Las interacciones débiles son más apreciables cuando las partículas experimentan una desintegración beta, y en la producción de deuterio y entonces helio a partir del hidrógeno que sostiene el proceso termonuclear del Sol.
Los quarks, que forman las partículas compuestas como los neutrones y los protones, tienen seis "sabores" (up, down, strange, charm, top y bottom) que dan a esas partículas compuestas sus propiedades.
La interacción débil es única, ya que permite a los quarks cambiar su sabor por otro.
Este decaimiento hace posible la datación por radiocarbono, ya que el carbono-14 decae por la interacción débil a nitrógeno-14.
También puede crear radioluminiscencia, comúnmente utilizada en la iluminación con tritio, y en el campo relacionado de la betavoltaica.
[8][9] La existencia de los bosones W y Z no se confirmó directamente hasta 1983.
Como interacción débil no solo puede ocasionar efectos puramente atractivos o repulsivos (como sucede por ejemplo con la interacción electromagnética), sino que también puede producir el cambio de identidad de las partículas involucradas, es decir, lo que se conoce como una reacción de partículas subatómicas.
La interacción débil con carga eléctrica es única en varios aspectos: La primera teoría para entender la interacción débil se remonta a los años 1914, cuando Fermi propuso su teoría del decaimiento beta en 1933.
Originalmente se la denominó «fuerza nuclear débil», ya que la interacción débil está confinada a muy cortas distancias, de poco más que el núcleo atómico, y porque es muy débil en comparación la fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos neutrones y protones.
Sus efectos más considerables son debido a otra condición única: su cambio de sabor.
Un neutrón libre «vive» cerca de 15 minutos, haciéndola una partícula subatómica inestable con la vida media más larga conocida.
La interacción fuerte o el electromagnetismo no pueden cambiar su sabor, por lo que esto solo puede ocurrir a través de un decaimiento débil.
En este proceso, un quark down en un neutrón cambia en un quark up emitiendo un bosón W, que luego se rompe en electrones de alta energía y un antineutrino electrónico.
Por ejemplo: La descomposición de un bosón W en otros productos puede ocurrir, con probabilidades variables.
Debido a la energía implicada en el proceso (es decir, la diferencia de masa entre el quark down y el quark up), el bosón W- sólo puede convertirse en un electrón y en un electrón-antineutrino.
Por ejemplo: Como el bosón W+-, el bosón Z0 también decae rápidamente,[11] por ejemplo: A diferencia de la interacción carga-corriente, cuyas reglas de selección están estrictamente limitadas por la quiralidad, la carga eléctrica y/o el isospín débil, la interacción corriente neutra Z boson0 puede hacer que dos fermiones cualesquiera del modelo estándar se desvíen: Tanto las partículas como las antipartículas de cualquier carga eléctrica, y tanto la quiralidad izquierda como la derecha, aunque la fuerza de la interacción difiere.
Se denominan "estériles" porque no interactuarían con ninguna partícula del Modelo Estándar, pero hasta ahora siguen siendo totalmente una conjetura; no se sabe que tales neutrinos existan realmente.
Sin embargo, a mediados de los años 1950, Chen Ning Yang y Tsung-Dao Lee sugirieron que la interacción débil podría violar esta ley.
Chien Shiung Wu y otros colaboradores descubrieron en 1957 que la interacción débil violaba la paridad, por lo que Yang y Lee obtuvieron el Nobel de Física de 1957 por su trabajo.
En 1957, Robert Marshak, George Sudarshan y posteriormente Richard Feynman y Murray Gell-Mann propusieron un V–A (vector menos un vector axial o levógiro) lagrangiano para interacciones débiles.
En esta teoría, la interacción débil actúa solo en las partículas levógiras (y antipartículas dextrógiras).
Sin embargo, esta teoría permitía la conservación de una simetría compuesta CP.
