نیروهای ضعیف و قوی چیستند و چه کسی آنها را کشف کرد؟
سال اکتشاف: 1937 و 1983
این کشف چه می‌گوید؟
نیروهای ضعیف و نیروهای قوی دو نیرو از چهار نیروی فیزیکی طبیعت هستند.
چه کسی آن را کشف کرد؟
کارلو روبیا Carlo Rubbia (نیروی ضعیف) و هیدکی یوکاوا Hideki Yukawa (نیروی قوی)
قرن‌ها دانشمندان تصور می‌کردند که جاذبه و الکتروماگنتیک (برقاطیس) نیروهای غالب کائنات هستند. فیزیکدان‌های قرن بیستم دریافتند که هستهٔ اتم از پروتون‌هایی با بار مثبت تشکیل شده‌اند. پس چرا این پروتونها که بار مثبت دارند یکدیگر را دفع نمی‌کنند؟ علاوه بر آن چرا بعضی اتمها بطور طبیعی زوال رادیو اکتیو پیدا می‌کنند در حالی که دیگر اتمها چنین نمی‌شوند.
بسیاری از فیزیک‌دان‌هاچنین تصور می‌کردند که دو نیروی قوی و ضعیف می‌باید وجود داشته باشد در 1935 هدیکی یوکاوا نیروی قوی را کشف کرد. در 1983 کارلو روبیا دو ذره را کشف کرد که معرف نیروی ضعیف بودند.
این کشفیات دانش ما را دربارهٔ چهار نیرویی که بر دنیا میکروسکوپی کوانتوم از یک طرف و دنیای کهکشان‌ها تسلط داشتند کامل کرد. نیروهای ضعیف و قوی مبنای فیزیک کوانتوم هستند.
نیوتون در 1666 نیروی جاذبه را از راه ریاضی شرح داده فازاده اورستد و مکسول نیروی الکتروماگنتیک (برقاطیس) را در اوایل قرن نوزدهم تبیین کردند. دانشمند تصور می‌کردند که این دو نیرو بر کائنات حاکمند.
اما دانشمندان قرن بیستم متوجه شدند که هیچ یک از این نیروها نمی‌توانند اتمها را در کنار هم نگه دارند. نیروی دافعهٔ برقاطیسی پروتونها می‌باید هستهٔ اتم را از هم بگسلد. اما چنین نمی‌شد. چرا؟ بعضی دیگر تصور می‌کردند که بعضی نیروها می‌باید مسبب زوال رادیو اکتیو هسته اتم باشند.
دانشمندان تصور می‌کردند که نیروهای دیگر هم می‌بایدوجود داشته باشند: نیروهای قوی که هستهٔ اتم را یکپارچه نگه می‌دارد و نیروهای ضعیفی که باعث زوال رادیو اکتیو می‌شود اما هیچ مدرکی در دست نبود.
هیدکی یوکاوا استدلال کرد از آن جا که نیروهای قوی و ضعیف تا به حال تشخیص داده نشده، دامنهٔ فعالیت آنها می‌باید کوچکتر از قطر هسته اتم باشد. (بنابراین خارج از آن فضای اندک قابل تشخیص نیستند)، او آزمایش‌هایی را آغاز کرد و پروتونها را (هستهٔ هیدروژن) با نوترونها بمباران کرد تا ببیند این برخود می‌تواند نشان دهد که نیروهای قوی چگونه عمل می‌کنند.
یوکاوا متوجه شد از این برخورد ذراتی بزرگ در مقایسه با ذرات کوچکتر از اتم به نام پی مزون (نوعی گلوئون پدید می‌آید. معنایش این بود که پی مزون درون هستهٔ اتمها قرار دارند.
یوکاوا نتیجه‌گیری کرد که مزونها همان نیروهای جاذبه یا نیروهای قوی هستند. او نتیجه‌گیری کرد هرچه جرم این ذرات بیشتر باشد بر مساحت کوتاهتری تأثیر می‌گذارند.
او متوجه شد که نیروهای قوی با برد کوتاه از مبادلهٔ ذرات مزون میان پروتونها و نوترونها به وجود می‌آیند اما نمی‌توانست مزونها را عملاً تولید و جدا کند.
در 1947 لاتس، مویرهد، اوچپالینی و پاول، آزمایشی را در ارتفاع 3000 متری انجام دادند که باعث تولید پیون شد. پیون همان ذراتی بود که یاکوا به آن نیاز داشت ما اکنون می‌دانیم که پیوند نوعی مزون است و آنها را با هم گلوئون می‌نامند و واکنش نیرومند یعنی مبادله مزونها میان کوارکزها است (ذرات کوچکتر از اتم که پروتونها و نوترونها را می‌سازند).
کشف نیروی ضعیفتر بسیار دشوارتر بود. سال 1983 کارلو روبیا شواهدی از وجود نیروی ضعیف پیدا کرد. او اندازه و دیگر خواص فیزیکی ذراتی که نیروی ضعیف را حمل می‌کردند پیدا کرد و بعد با کمک دستگاه سینکوترون دانشگاه موفق شد پرتوهایی از پروتون و آنتی پروتون تولید کند که با یکدیگر برخورد پیدا کنند و انرژی کافی برای شکل‌گیری ذرات ضعیف بوسون تولید نمایند. در 1983 آزمایش‌های او با این وسیله برخورد دهندهٔ پرتوها باعث شد دو ذره با عمر کوتاه را جدا کند؛ ذرات W و Z روبیا توانست ثابت کند این ذرات همان حامل‌های نیروی ضعیف هستند و باعث زوال هستهٔ اتم می‌شوند.
سرانجام چهار نیروی اساسی طبیعت (و ذراتی که این نیروها را به وجود می‌آورند و حمل می‌کنند) کشف شده بود.
هیدکی یوکاوا نخستین ژاپنی برندهٔ جایزهٔ نوبل بود.
