De zwakke kernkracht hoort net als de sterke kernkracht thuis in het rijtje van de fundamentele natuurkrachten: de sterke kernkracht, de elektromagnetische kracht, de zwakke kernkracht en de zwaartekracht. De relatieve grootte van de zwakke kernkracht zie je in figuur 1.
| Relatieve grootte | Omschrijving | Deeltjes die kracht overbrengen | |
| Sterke kernkracht | 1040 | Houdt protonen en neutronen in de kern bij elkaar | Gluonen |
| Elektromagnetische kracht | 1038 | Krachten tussen geladen deeltjes | Fotonen |
| Zwakke kernkracht | 1015 | Speelt een rol in vervalprocessen | W- en Z-Bosonen |
| Zwaartekracht | 1 | Houdt materie op grote schaal bij elkaar | Gravitonen (hypothetisch) |
Figuur 1: Overzicht van de vier fundamentele natuurkrachten en hun eigenschappen.
Veranderen van ‘smaak’
De zwakke kernkracht speelt alleen binnen de atoomkern een rol, net als de sterke kernkracht. Maar de zwakke kernkracht kan iets wat de sterke kernkracht niet kan: deze kan quarks van ‘smaak’ laten veranderen. De zwakke kernkracht kan een down-quark veranderen in een up-quark of andersom.
Doordat de zwakke kernkracht een quark van ‘smaak’ kan veranderen, kan deze een neutron (udd) laten veranderen in een proton (uud). Het krachtdeeltje dat hierbij een rol speelt is het W--boson. Bij de verandering stoot de atoomkern een W--boson uit. Dit boson is niet stabiel en splitst zich vervolgens op in een elektron (e-) en een anti-elektronneutrino ( $\bar{\nu _{e}}$ ). De elektronen die hierbij vrijkomen noem je β--straling.
$n^0\rightarrow p^{+}+e^{-}+\bar{\nu _{e}}$
Aangezien de massa van de kern van het atoom bij β--verval vrijwel gelijk blijft (aantal kerndeeltjes blijft gelijk en proton en neutron zijn ongeveer even zwaar), blijft het massagetal van het atoom in dat geval gelijk, maar neemt het atoomnummer wel met één toe (er zit nu één proton meer in de kern). Een voorbeeld hiervan is cesium (atoomnummer 55) dat wordt omgezet in barium (atoomnummer 56).
$Cs = Ba + e^{-}+\bar{\nu _{e}}$
De zwakke kernkracht kan niet alleen een neutron in een proton laten veranderen. Deze kan ook een proton in een neutron laten overgaan door een up-quark te veranderen in een down-quark. Hierbij komt een W+-boson vrij en ontstaan een positron en een neutrino. Dit noem je β+-verval. Er is hiervoor wel voldoende energie nodig, omdat de massa van een neutron net iets groter is dan de massa van een proton. β+-verval kan daarom alleen spontaan optreden als de absolute waarde van de bindingsenergie van de oorspronkelijke atoomkern lager is dan die van de kern na verval. In dat geval bevindt de atoomkern zich na verval in een lagere energietoestand. De vrijgekomen energie is dan benut voor het bètaverval. Is dit niet het geval, dan zal er van buitenaf energie nodig zijn om dit proces in gang te zetten.
$Energie +p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+\nu _{e}$
Aangezien de massa van de kern van het atoom bij β+-verval vrijwel gelijk blijft (aantal kerndeeltjes blijft gelijk en proton en neutron zijn ongeveer even zwaar), blijft het massagetal van het atoom in dat geval gelijk, maar neemt het atoomnummer wel met één af (er zit nu één proton minder in de kern). Een voorbeeld hiervan is natrium (Na, atoomnummer 11) dat wordt omgezet in neon (Ne, atoomnummer 10).
$Na\rightarrow Ne+e^{+}+\nu _{e}$
Hoewel de sterke en de zwakke kernkracht beide een rol spelen op atomaire schaal, is hun rol heel verschillend. De sterke kernkracht is heel krachtig en houdt alle deeltjes in de atoomkern mooi bij elkaar. De zwakke kernkracht is het zwakkere broertje dat in de atoomkern voor opschudding zorgt en radioactief verval veroorzaakt.
Met dank aan Auke-Pieter Colijn
