Mostrar código-fonte de Interação fraca

[[Ficheiro:Beta-minus_Decay.svg|miniaturadaimagem| O [[decaimento beta]] radioativo é devido à interação fraca, que transforma um nêutron em um próton, um elétron, e um [[antineutrino do elétron]].]]
{{Modelo padrão da física de partículas}}
Em [[física nuclear]] e [[física de partículas]], a '''interação fraca''', que também é chamada de '''força fraca''' ou '''força nuclear fraca''', é uma das 4 [[Força fundamental|interações fundamentais]] conhecidas, sendo as outras a [[Eletromagnetismo|interação eletromagnética]], a [[Força forte|interação forte]] e a [[Gravidade|gravitação]]. Ela é o mecanismo de interação entre [[Partícula subatômica|partículas subatômicas]] que é responsável pelo [[Radioatividade|decaimento radioativo]] de átomos: A interação fraca participa da [[fissão nuclear]] e da [[fusão nuclear]]. A teoria que descreve seu comportamento e efeitos é às vezes chamada de dinâmica quântica de sabor (QFD, do inglês ''quantum flavourdynamics''), entretanto, o termo QFD é raramente usado, já que a força fraca é melhor compreendida pela [[Força eletrofraca|teoria eletrofraca]] (EWT, do inglês ''electroweak theory'').<ref name="griffiths2">{{citar livro|título=Introduction to Elementary Particles|último=Griffiths|primeiro=David|isbn=978-3-527-40601-2|ano=2009|páginas=59–60}}</ref>

O alcance efetivo da força fraca está limitado às distâncias subatômicas, e é menor do que o diâmetro de um próton.<ref>{{Citar periódico |url=https://dx.doi.org/10.1016/0003-4916%2857%2990015-5 |titulo=A theory of the fundamental interactions |data=1957-11-01 |número=5 |ultimo=Schwinger |primeiro=Julian |paginas=407–434 |lingua=en |bibcode=1957AnPhy...2..407S |doi=10.1016/0003-4916(57)90015-5 |issn=0003-4916 |volume=2 |periódico=Annals of Physics}}</ref>

== Contexto ==
O [[Modelo Padrão]] de física de partículas provê uma estrutura uniforme para o entendimento das interações eletromagnética, fraca e forte. Uma interação ocorre quando duas partículas (geralmente, mas não necessariamente, [[férmion]]s com [[spin]] semi-inteiro) trocam [[bóson]]s portadores de força com spin inteiro. Os férmions envolvidos em tais trocas podem ser elementares (e.g. [[elétron]]s ou [[quark]]s) ou compostos (e.g. [[próton]]s ou [[nêutron]]s), apesar de que nos níveis mais fundamentais, todas as interações fracas ocorrem entre [[Partícula elementar|partículas elementares]].

Na interação fraca, férmions podem trocar três tipos de portadores de força, a saber os bósons [[Bósons W e Z|{{math|W<sup>+</sup>}}, {{math|W<sup>–</sup>}} e {{math|Z}}]]. As [[massa]]s desses bósons são muito maiores do que a massa de um próton ou um nêutron, o que é consistente com o alcance curto da força fraca. Na verdade, a força é denominada ''fraca'' porque sua [[intensidade de campo]] para qualquer dada distância é tipicamente várias ordens de grandeza menor do que a da força eletromagnética, que por sua vez é várias ordens de grandeza menor do que a força nuclear forte.

A interação fraca é a única interação fundamental que quebra a [[Paridade (física)|simetria de paridade]], e similarmente, mas muito mais raramente, a única interação a quebrar a [[Violação de CP|simetria de carga-paridade]].

[[Quark]]s, que compõem partículas compostas como nêutrons e prótons, vêm em seis “sabores” — up, down, estranho, charmoso, top e bottom — que dão às partículas compostas suas propriedades. A interação fraca é a única que permite aos quarks trocarem seus sabores. A troca dessas propriedades é mediada pelos bósons portadores de força. Por exemplo, durante um [[Emissão beta|decaimento beta menos]], um quark down dentro de um nêutron é alterado para um quark up, convertendo o nêutron em um próton e resultando na emissão de um elétron e um antineutrino do elétron. Outro exemplo importante de fenômeno envolvendo a interação fraca é a [[Fusão do hidrogênio|fusão do hidrogênio em hélio]] que alimenta o processo termonuclear do Sol.

A maioria dos férmions decai por uma interação fraca ao longo do tempo. Tais decaimentos tornam possível a [[datação por radiocarbono]], já que o [[carbono-14]] decai para o [[nitrogênio-14]] através da força fraca. Ela também pode criar [[radioluminescência]], comumente usada na [[luminescência de trítio]], e no campo relacionado de [[Dispositivo betavoltaico|betavoltaicos]]<ref>{{citar comunicado de imprensa|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1979/press.html|título=The Nobel Prize in Physics 1979|website=NobelPrize.org|publicado=Nobel Media|acessodata=22 de março de 2011}}</ref> (mas a ''não'' similar [[luminescência de rádio]]).

A [[força eletrofraca]] foi separada nas forças eletromagnética e fraca durante a [[Era Quark|era quark]] do [[Cronologia do Universo|universo primitivo]].

== História ==
Em 1933, [[Enrico Fermi]] propôs a primeira teoria da interação fraca, conhecida como interação de Fermi. Ele sugeriu que o [[Emissão beta|decaimento beta]] poderia ser explicado por uma interação de quatro férmions, envolvendo uma força de contato sem alcance.<ref name="Fermi's theory">{{citar periódico|título=Versuch einer Theorie der β-Strahlen. I |número=3–4 |último=Fermi |primeiro=Enrico |ano=1934 |páginas=161–177 |língua=de |títulotrad=Search for a theory for beta-decay |bibcode=1934ZPhy...88..161F |doi=10.1007/BF01351864 |volume=88 |periódico=[[Zeitschrift für Physik A]] |s2cid=125763380}}</ref><ref name="Fermi's theory translation">{{citar periódico|título=Fermi's theory of beta decay |data=dezembro de 1968 |número=12 |último=Wilson |primeiro=Fred L. |páginas=1150–1160 |bibcode=1968AmJPh..36.1150W |doi=10.1119/1.1974382 |volume=36 |periódico=American Journal of Physics}}</ref> Assim numa interação fraca um neutrino é sempre produzido com um [[pósitron]], ou um [[antineutrino]] com um [[elétron]], o que dá um conjunto de carga [[Eletricidade|eletricamente carregado]].

Entretanto, ela é melhor descrita como um campo de [[Força de campo|força sem contato]] de alcance finito, embora muito curto.{{carece de fontes|data=novembro de 2015}} Na década de 1960, [[Sheldon Lee Glashow|Sheldon Glashow]], [[Abdus Salam]] e [[Steven Weinberg]] unificaram a força eletromagnética e a interação fraca ao mostrar que eram dois aspectos de uma única força, agora denominada a força eletrofraca.<ref>{{citar web|url=http://www.osti.gov/accomplishments/weinberg.html|título=Steven Weinberg, weak interactions, and electromagnetic interactions|arquivourl=https://web.archive.org/web/20160809083339/https://www.osti.gov/accomplishments/weinberg.html|arquivodata=2016-08-09|urlmorta= sim}}</ref><ref name="Salam">{{citar comunicado de imprensa|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1979/|título=Nobel Prize in Physics|website=Nobel Prize|ano=1979|arquivourl=https://web.archive.org/web/20140706082221/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1979/|arquivodata=6 de julho de 2014|urlmorta= não|df=dmy}}</ref>

[[Imagem:Gargamelle.jpg|thumb|direita|180px|A [[Gargamela (detector)|Gargamela]] no museu Microcosmo do [[CERN]].]]
Em 1973, a equipe que realizou experiências na [[câmara de bolhas]] [[Gargamela (detector)|Gargamela]] com um [[Feixe (física)|feixe]] de [[neutrinos]] do [[CERN]] apresentou a primeira evidência direta da existência de ''interação fraca eletricamente neutra'', a [[força nuclear fraca]].<ref>{{Citar web |url=https://home.cern/science/experiments/gargamelle |titulo=Gargamelle {{!}} CERN |acessodata=2021-01-09 |publicado=CERN |lingua=en}}</ref>

A [[Bósons W e Z|existência dos bósons W e Z]] não havia sido confirmada diretamente até 1983.<ref name="Cottingham-Greenwood-1986-2001">{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=0VIpJPn-qWoC&pg=PA30|título=An introduction to nuclear physics|último1=Cottingham|primeiro1=W.N.|último2=Greenwood|primeiro2=D.A.|publicado=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-65733-4|anooriginal=1986|ano=2001|edição=2nd|página=30}}</ref>

== Propriedades ==
[[Ficheiro:Weak_Decay_(flipped).svg|direita|miniaturadaimagem|294px|Um diagrama representando as rotas de decaimento devido à interação fraca carregada e alguns indicadores de suas probabilidades. A intensidade das linhas é dada pelos [[Matriz CKM|parâmetros CKM]].]]
A interação fraca eletricamente carregada é única em vários aspectos:

* É a única interação que pode mudar o [[Sabor (física)|sabor]] de quarks e léptons (i.e., alterar o tipo de um quark para outro).<!--{{efn|Because of its unique ability to change particle [[flavour (particle physics)|flavour]], analysis of the weak interaction is occasionally called ''quantum flavour dynamics'', in analogy to the name ''[[quantum chromodynamics]]'' sometimes used for the [[strong interaction|strong force]].}}-->
* É a única interação que viola a [[Paridade (física)|simetria de paridade]]. É também a única que viola a [[Violação CP|simetria carga-paridade]].
* Ambas as interações eletricamente carregada e eletricamente neutra são mediadas (propagadas) por [[Bóson de calibre|partículas portadoras de força]] que possuem massas expressivas, uma propriedade incomum que é explicada no Modelo Padrão pelo [[mecanismo de Higgs]].

Devido às suas grandes massas (aproximadamente 90&nbsp;GeV/c<sup>2</sup><ref name="PDG">{{citar periódico|url=http://pdg.lbl.gov/2006/tables/qxxx.pdf |título=Review of Particle Physics: Quarks |número=1 |ano=2006 |páginas=1–1232 |arxiv=astro-ph/0601168 |bibcode=2006JPhG...33....1Y |doi=10.1088/0954-3899/33/1/001 |volume=33 |autor1=Yao, W.-M. |numero-autores=etal |colaboração=[[Particle Data Group]] |periódico=[[Journal of Physics G]]}}</ref>) essas partículas portadoras, chamadas de bósons W e Z, têm vida curta com um tempo de vida abaixo de {{10^|−24}}&nbsp;segundos.<ref>{{citar livro|url=https://archive.org/details/storyofwz0000watk|título=Story of the {{math|W}} and {{math|Z}}|autor=Watkins, Peter|publicado=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-31875-4|local=Cambridge|acessourl=registro|página=[https://archive.org/details/storyofwz0000watk/page/70 70]|ano=1986}}</ref> A interação fraca possui uma [[constante de acoplamento]] (um indicador de quão frequentemente as interações ocorrem) entre 10<sup>–7</sup> e 10<sup>–6</sup>, em comparação à [[Constante de estrutura fina|constante de acoplamento eletromagnética]] que está em torno de 10<sup>−2</sup> e à constante de acoplamento da [[Força forte|interação forte]] que está em torno de {{math|1}};<ref name="coupling">{{citar web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/forces/couple.html|título=Coupling Constants for the Fundamental Forces|obra=HyperPhysics|publicado=[[Georgia State University]]|acessodata=2 de março de 2011}}</ref> consequentemente a interação fraca é ‘fraca’ em termos de intensidade.<ref name="physnet">{{citar web|url=http://physnet2.pa.msu.edu/home/modules/pdf_modules/m281.pdf|título=The Weak Interaction|website=Physnet|publicado=[[Michigan State University]]|autor=Christman, J.|ano=2001|arquivourl=https://web.archive.org/web/20110720004912/http://physnet2.pa.msu.edu/home/modules/pdf_modules/m281.pdf|arquivodata=20 de julho de 2011|urlmorta= sim|df=dmy-all}}</ref> A interação fraca possui um alcance efetivo muito pequeno (em torno de 10<sup>−17</sup> a 10<sup>−16</sup> m, que equivale a 0,01 fm e 0,1 fm, respectivamente).{{efn|Compare com um [[femtometro|raio de um próton]] de 8,3×{{10^|−16}}&nbsp;m ~ 0,83&nbsp;fm}}<ref name="physnet2">{{citar web|url=http://physnet2.pa.msu.edu/home/modules/pdf_modules/m281.pdf|título=The Weak Interaction|website=Physnet|publicado=[[Michigan State University]]|autor=Christman, J.|ano=2001|arquivourl=https://web.archive.org/web/20110720004912/http://physnet2.pa.msu.edu/home/modules/pdf_modules/m281.pdf|arquivodata=20 de julho de 2011|urlmorta= sim|df=dmy-all}}</ref><ref name="coupling2">{{citar web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/forces/couple.html|título=Coupling Constants for the Fundamental Forces|obra=HyperPhysics|publicado=[[Georgia State University]]|acessodata=2 de março de 2011}}</ref> A distâncias em torno de 10<sup>−18</sup> metros (0,001 fm), a interação fraca possui intensidade de magnitude similar a da força eletromagnética, mas que começa a diminuir [[Potencial de Yukawa|exponencialmente]] com o aumento da distância. Ampliada por apenas uma ordem e meia de grandeza de magnitude, a distâncias em torno de 3×10<sup>−17</sup> m, a interação fraca se torna 10.000 vezes mais fraca.<ref>{{citar web|url=http://www.particleadventure.org/electroweak.html|título=Electroweak|website=The Particle Adventure|publicado=[[Particle Data Group]]|acessodata=3 de março de 2011}}</ref>

A interação fraca afeta todos os férmions do Modelo Padrão, assim como o [[bóson de Higgs]]; [[neutrino]]s interagem somente pela gravidade e pela interação fraca. A interação fraca não produz [[estados ligados]] nem envolve [[Energia de ligação|energias de ligação]] — algo que a gravidade faz em [[Escala de distâncias cósmicas|escala astronômica]], que a força eletromagnética faz a níveis moleculares e atômicos, e a força nuclear forte faz somente a nível subatômico, dentro do [[Núcleo atómico|núcleo]].<ref name="greiner">{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=yWTcPwqg_00C|título=Gauge Theory of Weak Interactions|autor1=Greiner, Walter|autor2=Müller, Berndt|publicado=Springer|isbn=978-3-540-87842-1|ano=2009|página=2}}</ref>

Seu efeito mais notável é devido à sua primeira característica única: a interação fraca carregada produz [[Matriz CKM|mudança de sabor]]. Por exemplo, um [[nêutron]] é mais pesado que um [[próton]] (seu nucleon associado), e pode decair em um próton pela troca do [[Sabor (física)|sabor]] (tipo) de um de seus dois quarks ''down'' para um quark ''up''. Nem a [[Força forte|interação forte]] nem o [[eletromagnetismo]] permitem a troca de sabor, logo isso só pode ocorrer pelo decaimento fraco; sem o decaimento fraco, certas propriedades dos quarks como a estranheza e o charme (associadas com o quark estranho e o quark charmoso, respectivamente) também teriam que ser conservadas através de todas as interações.

Todos os [[méson]]s são instáveis devido ao decaimento fraco.<ref name="Cottingham-Greenwood-1986-20012">{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=0VIpJPn-qWoC&pg=PA30|título=An introduction to nuclear physics|último1=Cottingham|primeiro1=W.N.|último2=Greenwood|primeiro2=D.A.|publicado=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-65733-4|anooriginal=1986|ano=2001|edição=2nd|página=30}}</ref>{{rp|style=ama|p= 29}}<!--{{efn|The neutral pion ({{math|{{SubatomicParticle|pion0}}}}), however, decays electromagnetically, and several other [[meson]]s (when their quantum numbers permit) mostly decay via a [[strong interaction]].}}--> No processo conhecido por [[Emissão beta|decaimento beta]], um quark ''down'' em um [[nêutron]] pode mudar para um quark ''up'' ao emitir um bóson {{math|{{SubatomicParticle|W boson-}}}} [[Partícula virtual|virtual]] que então decai em um [[elétron]] e um [[antineutrino]] do elétron.<ref name="Cottingham-Greenwood-1986-20013">{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=0VIpJPn-qWoC&pg=PA30|título=An introduction to nuclear physics|último1=Cottingham|primeiro1=W.N.|último2=Greenwood|primeiro2=D.A.|publicado=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-65733-4|anooriginal=1986|ano=2001|edição=2nd|página=30}}</ref>{{rp|style=ama|p= 28}} Outro exemplo é a [[captura eletrônica]] — uma variante comum do [[decaimento radioativo]] — onde um próton e um elétron dentro de um átomo interagem, e mudam para um nêutron (um quark up muda para um quark down) e um neutrino do elétron é emitido.

Devido às grandes massas dos bósons W, as transformações de partículas ou decaimentos (e.g., mudança de sabor) que dependem da interação fraca ocorrem tipicamente muito mais devagar do que transformações ou decaimentos que dependem somente das forças forte ou eletromagnética.<!--{{efn|The prominent and possibly unique exception to this rule is the decay of the [[top quark]], whose mass exceeds the combined masses of the [[bottom quark]] and {{math|{{SubatomicParticle|W boson+}}}}&nbsp;boson that it decays into, hence it has a no energy constraint slowing its transition. Its unique speed of decay by the weak force is much faster than the speed with which the [[strong interaction]] (or "[[color force]]") can bind it to other quarks.}}--> Por exemplo, um [[píon]] neutro decai eletromagneticamente, e portanto tem uma vida de somente {{10^|−16}}&nbsp;segundos. Diferentemente, um píon carregado só pode decair pela força fraca, e portanto existe por volta de {{10^|−8}}&nbsp;segundos, ou cem milhões de vezes mais tempo do que um píon neutro.<ref name="Cottingham-Greenwood-1986-20014">{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=0VIpJPn-qWoC&pg=PA30|título=An introduction to nuclear physics|último1=Cottingham|primeiro1=W.N.|último2=Greenwood|primeiro2=D.A.|publicado=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-65733-4|anooriginal=1986|ano=2001|edição=2nd|página=30}}</ref> Um exe mplo particularmente extremo é o decaimento por força fraca de um nêutron livre, que leva em torno de 15&nbsp;minutos.<ref name="Cottingham-Greenwood-1986-20015">{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=0VIpJPn-qWoC&pg=PA30|título=An introduction to nuclear physics|último1=Cottingham|primeiro1=W.N.|último2=Greenwood|primeiro2=D.A.|publicado=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-65733-4|anooriginal=1986|ano=2001|edição=2nd|página=30}}</ref>{{rp|style=ama|p= 28}}

=== Isospin fraco e hipercarga fraca ===
{| class="wikitable" style="right; margin:0 0 .5em 1em;"
|+Férmions [[Quiralidade (física)|levógiros]] no Modelo Padrão<ref name="baez">{{citar periódico|url=http://math.ucr.edu/~huerta/guts/node9.html |título=The algebra of grand unified theories |número=3 |último2=Huerta |primeiro2=John |ano=2010 |páginas=483–552 |arxiv=0904.1556 |bibcode=2009arXiv0904.1556B |doi=10.1090/s0273-0979-10-01294-2 |volume=0904 |primeiro1=John C. |último1=Baez |autorlink1=John C. Baez |periódico=Bulletin of the American Mathematical Society |s2cid=2941843 |acessodata=15 de outubro de 2013}}</ref>
! colspan="3" style="background:#339900; color:#ffffff" | 1ª Geração
! colspan="3" style="background:#339900; color:#ffffff" | 2ª Geração
! colspan="3" style="background:#339900; color:#ffffff" | 3ª Geração
|- style="background:#fdd;"
! Férmion
! Símbolo
! Isospin Fraco
! Férmion
! Símbolo
! Isospin Fraco
! Férmion
! Símbolo
! Isospin Fraco
|-
| style="background:#efefef" | [[Neutrino do elétron]]
| align="center" |{{math|{{SubatomicParticle|Electron neutrino}}}}
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| style="background:#efefef" | [[Muão|Múon]]
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|-
| style="background:#efefef" | [[Quark up]]
| align="center" |u
| align="center" | <math>+\tfrac{1}{2}</math>
| style="background:#efefef" | [[Quark charm]]oso
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| align="center" | <math>+\tfrac{1}{2}</math>
| style="background:#efefef" | [[Quark top]]
| align="center" |{{math|{{SubatomicParticle|Top quark}}}}
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|-
| style="background:#efefef" | [[Quark down|Quark Down]]
| align="center" |d
| align="center" | <math>-\tfrac{1}{2}</math>
| style="background:#efefef" | [[Quark strange|Quark estranho]]
| align="center" |{{math|{{SubatomicParticle|Strange quark}}}}
| align="center" | <math>-\tfrac{1}{2}</math>
| style="background:#efefef" | [[Quark bottom]]
| align="center" |{{math|{{SubatomicParticle|Bottom quark}}}}
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|-
| colspan="9" style="text-align:center;" | Todas as partículas levógiras (''regulares'') acima possuem ''anti''-partículas dextrógiras correspondentes com isospin igual e oposto.
|-
| colspan="9" style="text-align:center;" | Todas as partículas dextrógiras (regulares) e antipartículas levógiras possuem isospin fraco igual a 0.
|}
Todas as partículas têm a propriedade chamada de ''[[isospin fraco]]'' (símbolo ''T''<sub>3</sub>), que serve como um [[Número quântico|número quântico aditivo]] que restringe como a partícula interage com os {{math|{{SubatomicParticle|W boson+-}}}} da força fraca. O isospin fraco desempenha o mesmo papel na interação fraca com {{math|{{SubatomicParticle|W boson+-}}}} que a [[carga elétrica]] desempenha no [[eletromagnetismo]], e a [[carga de cor]] na [[Força forte|interação forte]]; um número diferente com um nome similar, [[carga fraca]], discutida abaixo, é usada para interações com o {{math|{{SubatomicParticle|Z boson}}}}. Todos os férmions levógiros possuem como valor de isospin fraco <math>+\tfrac{1}{2}</math> ou <math>-\tfrac{1}{2}</math>; todos os férmions dextrógiros tem isospin 0. Por exemplo, o quark up tem <math>T_3 = +\tfrac{1}{2}</math> e o quark down tem <math>T_3 = - \tfrac{1}{2}</math>. Um quark nunca decai pela interação fraca em um quark com o mesmo <math>T_3</math>: Quarks com um <math>T_3</math> de <math>+\tfrac{1}{2}</math> somente decaem em quarks com <math>T_3 = - \tfrac{1}{2}</math> e vice-versa.
[[Ficheiro:PiPlus_muon_decay.svg|direita|miniaturadaimagem|Decaimento do π+&nbsp; através da interação fraca]]
Para qualquer dada interação, o isospin fraco é [[Lei de conservação|conservado]]: A soma dos números de isospin fraco de partículas entrando na interação é igual a soma dos números de isospin fraco das partículas saindo da interação. Por exemplo, um <math>\pi^+</math> (levógiro), com um isospin fraco igual a <math>+1</math> normalmente decai em um {{math|{{SubatomicParticle|Muon neutrino}}}} (com <math>T_3 = + \tfrac{1}{2}</math>) e um {{math|{{SubatomicParticle|Muon+}}}} (como uma antipartícula dextrógira, <math>+ \tfrac{1}{2}</math>).<ref name="Cottingham-Greenwood-1986-20016">{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=0VIpJPn-qWoC&pg=PA30|título=An introduction to nuclear physics|último1=Cottingham|primeiro1=W.N.|último2=Greenwood|primeiro2=D.A.|publicado=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-65733-4|anooriginal=1986|ano=2001|edição=2nd|página=30}}</ref>{{rp|style=ama|p= 30}}

Para o desenvolvimento da teoria eletrofraca, outra propriedade, a [[hipercarga fraca]], foi inventada, definida como:

: <math>Y_\text{W} = 2\,\left(\, Q - T_3 \,\right) ~,</math>

onde <math>Y_\text{W}</math> é a hipercarga fraca de uma partícula com carga elétrica {{mvar|Q}} (em [[Carga do elétron|unidades de carga elementar]]) e isospin fraco <math>T_3</math>. [[Hipercarga fraca]] é a geradora da componente U(1) do [[Teoria de gauge|grupo de gauge]] eletrofraco; enquanto algumas partículas têm isospin fraco igual a zero, todas as [[Férmion|partículas de spin]] <math>\tfrac{1}{2}</math> conhecidas têm hipercarga fraca diferente de zero.<!--{{efn|Some hypothesised fermions, such as the ''[[sterile neutrino]]s'', would have zero weak hypercharge – in fact, no [[Charge (physics)|gauge charges]] of any known kind. Whether any such particles actually exist is an active area of research.}}-->

== Tipos de interações ==
Existem dois tipos de interação fraca (chamados de vértices). O primeiro tipo é chamado de “interação de corrente-carregada” porque os férmions fracamente interagentes formam uma corrente com carga elétrica total não nula. O segundo tipo é chamado de “interação de corrente-neutra” porque os férmions fracamente interagentes formam uma corrente com carga elétrica total nula. Ela é responsável pela (rara) deflexão de neutrinos. Os dois tipos de interação seguem diferentes regras de seleção. Essa convenção de nomenclatura é muitas vezes mal interpretada para rotular a carga elétrica do bósons W e Z, entretanto a convenção de nomenclatura antecede o conceito de bósons mediadores, e claramente (pelo menos no nome) rotula a carga da corrente (formada pelos férmions), não necessariamente os bóson.

=== Interação de corrente-carregada ===
[[Ficheiro:Beta_Negative_Decay.svg|direita|miniaturadaimagem|200x200px| O diagrama de Feynman para o decaimento beta-menos de um nêutron em um próton, elétron e um antineutrino do elétron, por intermédio de bóson W- pesado]]
Em um tipo de interação de corrente carregada, um lépton carregado (tal como um elétron ou um múon, tendo carga -1) podem absorver um bóson W+ (uma partícula de carga +1) e ser deste modo convertida em neutrino correspondente (com carga 0), onde o tipo (“sabor”) do neutrino (elétron, múon ou tau) é o mesmo do tipo de lépton na interação, por exemplo:

: <math>\mu^-+ W^+\to \nu_\mu</math>

Similarmente, um quark down (d com carga -⅓) pode ser convertido em um quark up (u com carga +⅔) ao emitir um bóson W⁻ ou ao absorver um bóson W⁺. Mais precisamente o quark down se torna uma superposição quântica de quarks up: isso que dizer ele possui a possibilidade de se tornar qualquer um dos 3 tipos de quark up, com as probabilidades dadas pelas tabelas da matriz CKM. Por outro lado, um quark up pode emitir um bóson W⁺, ou absorver um bóson W⁻, e deste modo ser convertido em um quark down, por exemplo:

: <math>\begin{align}
    d &\to u + W^- \\
 d + W^+ &\to u \\
    c &\to s + W^+ \\
 c + W^- &\to s
\end{align}</math>

O bóson W é instável e portanto decairá rapidamente, com um tempo de vida muito curto. Por exemplo:

: <math>\begin{align}
  W^- &\to e^- + \bar\nu_e~ \\
  W^+ &\to e^+ + \nu_e~
\end{align}</math>

Pode ocorrer o decaimento de um bóson W em outros produtos, com diversas probabilidades.<ref name="PDG2">{{citar periódico|url=http://pdg.lbl.gov/2010/tables/rpp2010-sum-gauge-higgs-bosons.pdf |título=Gauge and Higgs Bosons |número=7A |ano=2010 |páginas=075021 |bibcode=2010JPhG...37g5021N |doi=10.1088/0954-3899/37/7a/075021 |volume=37 |autor1=Nakamura, K. |numero-autores=etal |colaboração=[[Particle Data Group]] |periódico=[[Journal of Physics G]]}}</ref>

No assim chamado [[Emissão beta|decaimento beta]] de um nêutron (veja a imagem acima), um quark down dentro do nêutron emite um bóson <math>\text{W}^-</math> [[Partícula virtual|virtual]] e é deste modo convertido em um quark up, convertendo o nêutron em um próton. Por causa da energia limitada envolvida no processo (i.e., a diferença de massa entre o quark down e o quark up), o bóson virtual W⁻ pode carregar somente energia suficiente para produzir um elétron e um antineutrino do elétron — as duas menores massas possíveis entre os futuros produtos de decaimento.<ref name="PDG3">{{citar periódico|url=http://pdg.lbl.gov/2010/listings/rpp2010-list-n.pdf |título={{math| {{SubatomicParticle|neutron}} }} |número=7A |ano=2010 |página=7 |bibcode=2010JPhG...37g5021N |doi=10.1088/0954-3899/37/7a/075021 |volume=37 |primeiro1=K. |último1=Nakamura |numero-autores=etal |colaboração=[[Particle Data Group]] |periódico=[[Journal of Physics G]]}}</ref> Ao nível dos quarks, o processo pode ser representado como:

: <math>d\to u+ e^- + \bar\nu_e~</math>

=== Interação de corrente-neutra ===
Em interações de corrente neutra, um [[quark]] ou um [[lépton]] (e.g., um [[elétron]] ou um [[Muão|múon]]) emite ou absorve um bóson <math>\text{Z}</math> neutro. Por exemplo:

: <math>e^- \to e^- + Z^0</math>

Assim como os bósons <math>\text{W}^\pm</math>, o bóson <math>\text{Z}^0</math> também decai rapidamente,<ref name="PDG22">{{citar periódico|url=http://pdg.lbl.gov/2010/tables/rpp2010-sum-gauge-higgs-bosons.pdf |título=Gauge and Higgs Bosons |número=7A |ano=2010 |páginas=075021 |bibcode=2010JPhG...37g5021N |doi=10.1088/0954-3899/37/7a/075021 |volume=37 |autor1=Nakamura, K. |numero-autores=etal |colaboração=[[Particle Data Group]] |periódico=[[Journal of Physics G]]}}</ref> por exemplo:

: <math>Z^0 \to b+\bar b</math>

Diferente da interação de corrente-carregada, cujas regras de seleção são rigidamente limitadas pela quiralidade, carga elétrica, e / ou isospin fraco, a interação de corrente-neutra por <math>\text{Z}^0</math> pode causar a deflexão entre dois férmions quaisquer do modelo padrão: Tanto partículas ou antipartículas, com qualquer carga elétrica, e ambas as quiralidades levógiras e dextrógiras, embora a intensidade da interação difere.<!--{{efn|The only fermions which the {{math|{{SubatomicParticle|Z boson0}} }} does ''not'' interact with at all are the hypothetical [[sterile neutrino|"sterile" neutrinos]]: Left-chiral anti-neutrinos and right-chiral neutrinos. They are called "sterile" because they would not interact with any Standard Model particle, but so far remain entirely a conjecture: As yet (October 2021), no such neutrinos are known to actually exist.
:“MicroBooNE has made a very comprehensive exploration through multiple types of interactions, and multiple analysis and reconstruction techniques,” says co-spokesperson Bonnie Fleming of Yale. “They all tell us the same thing, and that gives us very high confidence in our results that we are not seeing a hint of a sterile neutrino.”<ref name=CERN-2021-10-28/>
:...&nbsp;“eV-scale sterile neutrinos no longer appear to be experimentally motivated, and never solved any outstanding problems in the Standard Model,” says theorist Mikhail Shaposhnikov of EPFL. “But GeV-to-keV-scale sterile neutrinos – so-called Majorana fermions – are well motivated theoretically and do not contradict any existing experiment.”<ref name=CERN-2021-10-28>
{{citar jornal|primeiro=Mark |último=Rayner|título=MicroBooNE sees no hint of a sterile neutrino|data=28 de outubro de 2021
 |periodical=CERN Courier|url=https://cerncourier.com/a/microboone-sees-no-hint-of-a-sterile-neutrino/|urlmorta= não|acessodata=2021-11-09
}}
</ref>}}-->

O número quântico da ''[[carga fraca]]'' (<math>Q_\text{W}</math>) serve o mesmo propósito na interação de corrente neutra com o <math>\text{Z}^0</math> que a carga elétrica (<math>Q</math>, sem subscrito) faz na [[interação eletromagnética]]: Ele quantifica a parte vetorial da interação. Seu valor é dado por:<ref name="dzuba">{{citar periódico|título=Revisiting parity non-conservation in Cesium |número=20 |último2=Berengut |primeiro2=J.C. |ano=2012 |página=203003 |arxiv=1207.5864 |bibcode=2012PhRvL.109t3003D |doi=10.1103/PhysRevLett.109.203003 |pmid=23215482 |último3=Flambaum |primeiro3=V.V. |último4=Roberts |primeiro4=B. |volume=109 |primeiro1=V.A. |último1=Dzuba |periódico=Physical Review Letters |s2cid=27741778}}</ref>

: <math>Q_\text{W} = 2 \, T_3 - 4 \, Q \, \sin^2\theta_\text{W} = 2 \, T_3 - Q + \left( 1 - 4 \, \sin^2\theta_\text{W} \right) \, Q ~.</math>

Já que o [[ângulo de mistura fraco]] <math>\theta_\text{W} \approx 26 ^{\circ}</math>, a expressão entre parêntesis <math>\left( 1 - 4 \sin^2 \theta_\text{W} \right) \approx 0{,}060</math>, com seu valor [[Grupo de renormalização|mudando pouco com a diferença de momento linear (chamada de “running”)]] entre as partículas envolvidas. Consequentemente

: <math>Q_\text{W} \approx 2 \, T_3 - Q = \sgn(Q)\,\left( 1 - \left| Q \right| \right) ~,</math>

uma vez que por convenção <math>\sgn T_3 \equiv \sgn Q</math>, e para todos os férmions envolvidos na interação fraca <math>T_3 = \pm \tfrac{1}{2}</math>. A carga fraca dos léptons carregados é próxima de zero, logo eles interagem na sua maior parte com os bósons {{math|Z}} pelo acoplamento axial.

== Teoria eletrofraca ==
O Modelo Padrão de física de partículas descreve a [[interação eletromagnética]] e a interação fraca como dois aspectos de uma única interação eletrofraca. Essa teoria foi desenvolvida por volta de 1968 por [[Sheldon Glashow]], [[Abdus Salam]], e [[Steven Weinberg]], e eles foram premiados com o [[Laureados com o Nobel de Física|Prêmio Nobel de Física de 1979]] por seus trabalhos.<ref>{{citar web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1979/|título=The Nobel Prize in Physics 1979|obra=NobelPrize.org|publicado=Nobel Media|acessodata=26 de fevereiro de 2011}}</ref> O [[mecanismo de Higgs]] fornece uma explicação para a presença de [[Bósons W e Z|três bóson de gauge massivos]] (<math>\text{W}^+</math>, <math>\text{W}^-</math>, <math>\text{Z}^0</math>, os três portadores da interação fraca), e o [[Fotão|fóton]] sem massa (<math>\gamma</math>, o portador da interação eletromagnética).<ref name="PDGHiggs">{{citar periódico|url=http://pdg.lbl.gov/2008/reviews/higgs_s055.pdf |título=Review of Particle Physics – Higgs Bosons: Theory and Searches |número=1 |autor=C. Amsler |numero-autores=''et al.'' ([[Particle Data Group]]) |ano=2008 |páginas=1–6 |bibcode=2008PhLB..667....1A |doi=10.1016/j.physletb.2008.07.018 |volume=667 |hdl-access=free |periódico=[[Physics Letters B]] |hdl=1854/LU-685594}}</ref>

De acordo com a teoria eletrofraca, a energias muito altas, o universo tem quatro componentes do [[campo de Higgs]] cujas interações são portadas por quatro [[bóson]]s de gauge sem massa — cada um similar ao [[fóton]] — formando um dubleto escalar complexo do campo de Higgs. Da mesma forma, existem quatro bósons eletrofracos sem massa. Entretanto, a baixas energias, essa simetria de gauge é [[Quebra espontânea de simetria|quebrada espontaneamente]] para a simetria <math>\text{U}(1)</math> do eletromagnetismo, já que um dos campos de Higgs adquire um [[Valor esperado do vácuo|valor esperado de vácuo]]. Ingenuamente, seria esperado que a quebra de simetria produzisse três [[bóson]]s sem massa, mas em vez disso esses três bósons de Higgs “extra” são incorporados nos três bósons fracos, que então adquirem massa pelo [[mecanismo de Higgs]]. Esses três bósons compostos são os bósons <math>\text{W}^+</math>, <math>\text{W}^-</math> e <math>\text{Z}^0</math> realmente observados na interação fraca. O quarto bóson de gauge eletrofraco é o fóton (<math>\gamma</math>) do eletromagnetismo que não se acopla a nenhum outro campo de Higgs e portanto permanece sem massa.<ref name="PDGHiggs2">{{citar periódico|url=http://pdg.lbl.gov/2008/reviews/higgs_s055.pdf |título=Review of Particle Physics – Higgs Bosons: Theory and Searches |número=1 |autor=C. Amsler |numero-autores=''et al.'' ([[Particle Data Group]]) |ano=2008 |páginas=1–6 |bibcode=2008PhLB..667....1A |doi=10.1016/j.physletb.2008.07.018 |volume=667 |hdl-access=free |periódico=[[Physics Letters B]] |hdl=1854/LU-685594}}</ref>

Essa teoria fez uma série de previsões, incluindo a previsão das massas dos bósons <math>\text{Z}</math> e <math>\text{W}</math> antes de suas descobertas e detecções em 1983.

No dia 4 de Julho de 2012, as equipes experimentais CMS e ATLAS no [[Grande Colisor de Hádrons]] (Large Hadron Collider) anunciaram independentemente que eles confirmaram a descoberta formal de um bóson anteriormente desconhecido de massa entre 125 e 127&nbsp;GeV/{{mvar|c}}², cujo comportamento até então era “consistente com” um bóson de Higgs, embora adicionando uma nota cautelosa que mais dados e análises eram necessários antes de identificar positivamente o novo bóson como sendo um bóson de Higgs de algum tipo. Até o dia 14 de Março de 2013, a existência de um bóson de Higgs foi provisoriamente confirmada.<ref>{{citar web|url=http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/03/new-results-indicate-new-particle-higgs-boson|título=New results indicate that new particle is a Higgs boson|data=março de 2013|website=home.web.cern.ch|publicado=[[CERN]]|acessodata=20 de setembro de 2013}}</ref>

Em um caso especulativo em que a [[Escala eletrofraca|escala]] de [[Mecanismo de Higgs|quebra de simetria eletrofraca]] fosse reduzida, a interação ininterrupta <math>\text{SU}(2)</math> acabaria se tornando [[Confinamento (física)|confinante]]. Modelos alternativos onde o <math>\text{SU}(2)</math> se torna confinante acima dessa escala parecem quantitativamente semelhantes ao Modelo Padrão a energias mais baixas, mas dramaticamente diferentes acima da quebra de simetria.<ref>{{citar periódico|título=Strongly coupled standard model |data=1 de agosto de 1986 |número=3 |último2=Farhi |primeiro2=E. |páginas=873–887 |bibcode=1986PhRvD..34..873C |doi=10.1103/PhysRevD.34.873 |pmid=9957220 |último3=Jaffe |primeiro3=R. L. |volume=34 |último1=Claudson |primeiro1=M. |periódico=Physical Review D}}</ref>

== Violação de simetria ==
[[Ficheiro:Right_left_helicity.svg|direita|miniaturadaimagem|280x280px| [[Quiralidade (física)|Partículas levógiras e dextrógiras]]: <math>p</math> é o momento linear da partícula e <math>S</math> é o seu [[spin]]. Observe a falta de simetria reflexiva entre os estados.]]
As [[Leis da física|leis da natureza]] foram por muito tempo consideradas como invariantes sob a [[Reflexão (física)|reflexão]] de um espelho. Era esperado que os resultados de um experimento visto por um espelho seriam idênticos aos resultados de uma cópia espelhada do aparato experimental, construída separadamente, vista pelo espelho. Essa lei chamada de [[Lei de conservação|conservação]] da [[Paridade (física)|paridade]] era conhecida por ser respeitada pela [[gravitação]] clássica, [[eletromagnetismo]] e a [[interação forte]]; assumia-se que era uma lei universal.<ref>{{citar livro|título=American scientists|último=Carey|primeiro=Charles W.|publicado=Facts on File Inc.|capítulo=Lee, Tsung-Dao|isbn=9781438108070|ano=2006|página=225|capítulourl=https://books.google.com/books?id=00r9waSNv1cC&pg=PA225|via=Google Books}}</ref> Entretanto, em meados da década de 1950 [[Chen Ning Yang|Chen-Ning Yang]] e [[Tsung-Dao Lee]] sugeriram que a interação fraca poderia violar essa lei. [[Chien-Shiung Wu|Chien Shiung Wu]] e colaboradores descobriram em 1957 que a interação fraca viola a paridade, dando a Yang e Lee o [[Prêmio Nobel de Física|Prêmio Nobel de Física de 1957.]]<ref>{{citar web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1957/|título=The Nobel Prize in Physics|website=NobelPrize.org|publicado=Nobel Media|ano=1957|acessodata=26 de fevereiro de 2011}}</ref>

[[Prêmio Nobel de Física|Apesar da interação fraca]] ter sido descrita pela [[teoria de Fermi]], a descoberta da violação de paridade e a teoria de [[renormalização]] sugeria que era necessária uma nova abordagem. Em 1957, [[Robert Marshak]] e [[George Sudarshan]] e, um pouco depois, [[Richard Feynman]] e [[Murray Gell-Mann]] propuseram uma [[Lagrangiana (teoria de campos)|lagrangiana]] ''V − A'' ([[Vetor (matemática)|vetor]] menos [[vetor axial]] ou levógiro) para as interações fracas. Nessa teoria, a interação fraca atua somente nas partículas levógiras (e antipartículas dextrógiras). Já que a reflexão de uma partícula levógira é dextrógira, isso explica a violação máxima de paridade. A teoria ''V − A'' foi desenvolvida antes da descoberta do bóson Z, e assim ela não incluía os campos dextrógiros que aparecem na interação de corrente neutra.

Entretanto, essa teoria permitia a conservação da simetria combinada ''[[Violação CP|CP]]''. A simetria ''CP'' combina paridade ''P'' (trocando levógiro por dextrógiro) com a conjugação de carga ''C'' (trocando partículas por antipartículas). Os físicos foram surpreendidos novamente em 1964, quando [[James Watson Cronin|James Cronin]] e [[Val Logsdon Fitch|Val Fitch]] apresentaram evidências concretas de que a simetria ''CP'' poderia ser também quebrada em decaimentos de [[káon]]s, dando a eles o [[Prêmio Nobel de Física]] de 1980.<ref>{{citar web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1980/|título=The Nobel Prize in Physics|website=NobelPrize.org|publicado=Nobel Media|ano=1980|acessodata=26 de fevereiro de 2011}}</ref> Em 1973, [[Makoto Kobayashi]] e [[Toshihide Masukawa|Toshihide Maskawa]] mostraram que a violação de ''CP'' na interação fraca requer mais do que duas gerações de partículas,<ref name="KM">{{citar periódico|url=http://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/66179/1/49_652.pdf |título=CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction |número=2 |último2=Maskawa |primeiro2=T. |ano=1973 |páginas=652–657 |bibcode=1973PThPh..49..652K |doi=10.1143/PTP.49.652 |volume=49 |doi-access=free |primeiro1=M. |último1=Kobayashi |periódico=[[Progress of Theoretical Physics]] |hdl=2433/66179}}</ref> efetivamente prevendo a existência de uma ainda desconhecida terceira geração. Essa descoberta deu a eles metade do Prêmio Nobel de Física de 2008.<ref>{{citar web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2008/|título=The Nobel Prize in Physics|website=NobelPrize.org|publicado=Nobel Media|ano=2008|acessodata=17 de março de 2011}}</ref>

Diferentemente da violação de paridade, a violação de ''CP'' ocorre somente em raras circunstâncias. Apesar de sua ocorrência limitada sob as presentes condições, acredita-se que ela é a razão para a maior presença de matéria em relação a antimatéria no universo, e logo forma uma das três condições de [[Andrei Sakharov]] para a [[Bariogénese|bariogênese]].<ref>{{citar livro|url=https://books.google.com/books?id=U5TC5DSWOmIC|título=CP Violation|author-last=Langacker|author-first=Paul|publicado=World Scientific Publishing Co.|capítulo=CP violation and cosmology|isbn=9789971505615|anooriginal=1989|editor-sobrenome=Jarlskog|editor-nome=Cecilia|ano=2001|página=552|local=London, [[River Edge]]|via=Google Books}}</ref>

== Ver também ==
* [[Eletromagnetismo]]
* [[Força forte]]
* [[Gravidade]]

== Notas ==
{{Listanota|1}}

{{Referências}}

== Ligações externas ==
* Harry Cheung, [http://home.fnal.gov/~cheung/rtes/RTESWeb/LQCD_site/pages/weakforce.htm A Força Fraca] - [http://fnal.gov/ Fermilab]
* [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/funfor.html Forças Fundamentais] - [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/index.html Hiperfísica] - Georgia State University.
* [https://briankoberlein.com/ Brian Koberlein] - [https://briankoberlein.com/2015/03/01/light-of-other-days/ Qual é a força fraca?]

{{Controle de autoridade}}

[[Categoria:Física de partículas]]
[[Categoria:Física nuclear]]