schwache Wechselwirkung

Was ist die schwache Wechselwirkung?

Die schwache Wechselwirkung ist eine Wechselwirkung, an der alle Bausteine teilnehmen, da sie alle eine schwache Ladung besitzen.
Die schwache Wechselwirkung findet über drei Austauschteilchen, die sogenannten Weakonen oder Vektorbosonen, statt:

Z⁰
W⁺
W^-

Dabei ist das Z⁰ elektrisch neutral, während das W⁺ eine Ladung von +1, das W^- eine Ladung von -1 hat.
Alle drei Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung sind sehr schwer:

Masse des W⁺ = Masse des W^- = 80 GeV/c²
Masse des Z⁰ = 91 GeV/c²

Hierbei haben W⁺ und W^- die gleichen Massen, da W^- das Antiteilchen von W⁺ ist.
Diese drei Austauschteilchen, die auch zu den Elementarteilchen gezählt werden können, sind vergleichsweise schwer. Sie sind ca. 100m schwerer als das Proton mit einer Masse von ungefähr 0,9 GeV/c².
Das diese Austauschteilchen so schwer sind ist der Grund dafür, daß sie nur eine extrem kurze Reichweite (weniger als 10^-15m) haben! Daher merken wir auch nichts von der schwachen Wechselwirkung.

Was geschieht bei der schwachen Wechselwirkung?

Bei der neutralen schwachen Wechselwirkung, also die, an der ein Z⁰ beteiligt ist, sendet ein Quark, Elektron oder Neutrino ein Z⁰-Boson aus. Dabei ist diese Wechselwirkung ähnlich zu der elektromagnetischen Wechselwirkung, wo an dieser Stelle ein Photon g ausgesendet würde. Die neutrale schwache Wechselwirkung wirkt nur im Unterschied zur elektromagnetischen Wechselwirkung auch auf elektrisch neutrale Teilchen wie Neutrinos.

Bei der geladenen schwachen Wechselwirkung, also der mit einem W⁺ oder W^-, muß auf die Ladungserhaltung geachtet werden. Wenn ein Teilchen ein geladenes W-Boson aussendet, muß sich dieses Teilchen in ein anderes Teilchen entsprechender Ladung ändern. Ein Beispiel dazu:
Ein Elektron sendet ein W^- aus und wandelt sich zu einem Elektronneutrino:

Dies liegt an der schwachen Ladung der W-Bosonen. Das W^- hat eine schwache Ladung von -1, das W⁺ hat eine schwache Ladung von +1. Eine Änderung der elektrischen Ladung ist immer mit einer Änderung der schwachen Ladung gekoppelt. Dem entsprechend findet bei der neutralen schwachen Wechselwirkung keine schwache oder elektromagnetische Ladungsänderung statt.
Die schwache Ladung der Austauschteilchen bedeutet aber auch, daß die Austauschteilchen mit sich selber Wechselwirken können.
W-Bosonen zerfallen nach sehr kurzer Zeit, wobei es zwei Möglichkeiten für die Endprodukte gibt:

1.) Leptonen & Neutrinos (z.B. e^- + n_e)
2.) Quark & Anitquark (z.B. d + )

Was sind die 3 Wechselwirkungen der schwachen Wechselwirkung?

1.)Kraft:

Sie ist sehr kurzreichweitig und u.a. für die Wechselwirkung zwischen Elektronen oder Positronen und Nukleonen verantwortlich (Bsp.: ß-Zerfall)

2.)Zerfall:

Als Beispiel für einen Zerfall kann man den radioaktiven ß-Zerfall heranziehen, den man sich folgendermaßen vorstellen kann:

Ein Neutron zerfällt unter Aussendung eines Elektrons und eines Elektronneutrinos in ein Proton. Dies geschieht unter Einwirkung der schwachen Wechselwirkung. Wie dies genau abläuft kann man in der folgenden Abbildung sehen:

Wie schon gesagt, besitzen alle Teilchen eine schwache Ladung. Beim ß-Zerfall zerfällt nun eine Down-Quark in ein Up-Quark und eine W^-. Dieses W^- hat eine viel zu große Masse, d.h. es ist viel schwerer als das Neutron und das Proton zusammen. Daher zerfällt es sehr schnell in ein Elektron und ein Antineutrino. Dieses Antineutrino entsteht, da sonst der Energieerhaltungssatz nicht erfüllt wäre.
In der Quarkschreibweise kann man den ß-Zerfall folgendermaßen aufschreiben:

(u,d,d) ---> (u,u,d) + W^-

W^- ---> e^- +

3.)Produktion:

Ein Myon (was einem schweren Elektron entspricht; Näheres auf den Seiten zum Standardmodell) zerfällt über die schwache Wechselwirkung, dabei werden zwei Neutrinos (ein Elektron-Antineutrino und ein zum Myon gehöriges Myon-Neutrino, was dem Elektron-Neutrino ähnlich ist; Näheres auf den Seiten zum Standardmodell) und ein Elektron produziert:

m^---> n_m + W^-
W^- --> + e^-

Zurück zum Seitenanfang