Interaktion. Typer af fundamentale interaktioner i fysik

• 2.2 Svag interaktion
• 5 Grundlæggende interaktioner i naturen - Resumé

1 Grundlæggende interaktioner, der eksisterer i naturen

1.1 Elektromagnetiske fundamentale interaktioner

1.2 Gravitationelle fundamentale interaktioner

2 Fiktive fundamentale interaktioner

2.1 Stærk interaktion - fairy fundamental interaktion af fe-kvarker

2.2 Svag interaktion

2.3 Elektromagnetisk interaktion

2.4 Electroweak interaktion - den femte fabelagtige fundamentale interaktion

3 Grundlæggende interaktioner inden for kvanteteori

4 Oprettelse af en samlet teori om grundlæggende interaktioner

Den første af teorierne om interaktioner var loven universel tyngdekraft, afledt af Isaac Newton og udgivet i 1687 i værket "Mathematical Principles naturfilosofi" Poissons introduktion i 1813 af begrebet gravitationspotentiale og Poissons ligning for gravitationspotentiale gjorde det muligt at studere gravitationsfeltet med en vilkårlig fordeling af stof. Herefter begyndte loven om universel gravitation at blive betragtet som en grundlæggende naturlov, og gravitationsinteraktion (efter 1863) som en af ​​naturens fundamentale interaktioner. Men dette blev gjort længe før fysikken opdagede strukturen af ​​stof og elementarpartikler.

Den anden af ​​teorierne om interaktioner var teorien om elektromagnetisme, skabt af Maxwell i 1863.

I 1915 formulerede Einstein den generelle relativitetsteori (GR), som beskriver gravitationsfeltet. I fysik dukkede ideen om at konstruere en samlet teori om to grundlæggende interaktioner op, ligesom Maxwell formåede at skabe en generel beskrivelse af elektriske og magnetiske fænomener. Ifølge fysikere ville en sådan forenet teori forene tyngdekraften (GTR) og elektromagnetisme som delvise manifestationer af en vis forenet interaktion.

I løbet af første halvdel af det 20. århundrede gjorde en række fysikere adskillige forsøg på at skabe en sådan teori på grundlag af den generelle relativitetsteori og Maxwells teori om elektromagnetisme, men disse forsøg gav ikke et positivt resultat, da den generelle relativitetsteori og teorien om elektromagnetisme er forskellige i det væsentlige. Tyngdekraften (inden for rammerne af den almene relativitetsteori) beskrives ved rumtidens krumning, og i denne forstand er gravitationsfeltet uvæsentligt, mens det elektromagnetiske felt udviser alt nødvendige egenskaber stof. - Måske byggede de fremtidsteorien på det forkerte grundlag?

I anden halvdel af det 20. århundrede blev opgaven med at konstruere en samlet teori om fundamentale vekselvirkninger betydeligt kompliceret af indførelsen af ​​hypotetiske svage og stærke vekselvirkninger, der ikke fandtes i naturen (men fysikken vidste endnu ikke om dette), samt som behovet for at kvantisere teorien. – Fysikken begyndte at udvikle sig i en blindgyde retning.

I 1967 kom Salam og Weinberg med teorien om den elektrosvage kraft, der kombinerede (efter deres mening) elektromagnetisme og de hypotetiske svage kræfter. Senere i 1973 blev en teori om den hypotetiske stærke kraft (kvantekromodynamik) foreslået. På grundlag heraf blev der bygget en model af kvarker, som efterfølgende blev omdannet til standardmodellen af ​​elementarpartikler (ved at tage leptoner ind, der ikke passede ind i kvarkmodellen af ​​elementarpartikler), som beskriver (efter dens mening) hypotetiske elektromagnetiske, hypotetiske svage og hypotetiske stærke interaktioner.

Indtil for nylig blev fundamentale interaktioner således beskrevet af to generelt accepterede teorier: generel relativitet og standardmodellen. Deres forening kunne ikke opnås på grund af vanskelighederne (som man troede) med at skabe en kvanteteori om tyngdekraften. - Fysikken er endelig nået til en kvante blindgyde, hvilket er det, der skulle ske. Men at være generelt accepteret betyder ikke at være SAND. Sidstnævnte refererer til standardmodellen - modellen af ​​fe-kvarker, fe-gluoner og fe-fundamentale (stærke og svage) interaktioner. Et forsøg på at kombinere videnskabelig teori med FAIRY TALES fører til degeneration af VIDENSKABEN selv. Sand VIDENSKAB er kun begrænset af SANDHEDEN, og matematiske EVENTYR kan hævde alt, hvad der falder dem ind i deres tilhængere, og udgive denne fiktion som virkelighed. Du kan opfinde hvad som helst, men hvor findes mindst én kvark eller gluon i naturen (giv ikke fortællinger om formodede opdagede spor), og hvordan en partikel, der lever mindre end 0,000001 sekunder, kan skabe masse i universet, til hvilken der er ikke nok energi fra den termonukleære fusion af stjerner: Det betyder, at stjerner ikke massivt kan levere denne ustabile partikel til naturen, som er ude af stand til overhovedet at nå den nærmeste planet (den kan kun flyve få meter før dens opløsning), massen af som den angiveligt skaber sammen med massen af ​​andre planeter, kometer og asteroider. Der var masse i naturen før skabelsen af ​​en partikel kaldet "Higgs-bosonen" fra energi ved en accelerator, og da partikelen skabt af intelligente væsener ved acceleratoren meget hurtigt henfaldt (det var ved to-foton-henfald, at en ny partikel blev opdaget ved acceleratoren), forsvandt massen i universet ingen steder. Matematik er i stand til at tegne en hvilken som helst, den mest dejlige matematiske model, men kun naturen og dens love (så uelskede af matematiske eventyr) bestemmer, hvad der vil ske. Så vi observerer en uophørlig strøm af matematiske eventyr, der hylder ægte videnskabelige data og udgiver sig som højeste præstation Videnskaber. Men jeg kan ikke huske, at Alfred Nobel i sit testamente tillod udstedelse af priser i hans navn for MATEMATISKE FORTÆLLINGER.

I dag, i det 21. århundrede, ved fysikken meget mere om strukturen af ​​stoffet og de elementarpartikler, der udgør atomer og molekyler, og er også blevet overbevist om fejlslutningen af ​​kvante-"teorien" og fraværet af de fiktive stærke, svage og elektrosvage interaktioner i naturen. Fysik i det 21. århundrede har bekræftet et af postulaterne fra den generelle relativitet, at gravitations- og inertikræfter har samme natur, og denne natur er elektromagnetisme (se Theory of gravitation of elementary partikler, del 2), men den fastslog også, at gravitationsfeltet , for generel relativitet, kan ikke skabe elementære partikler af stof i universet (tyngdefeltet er et produkt af elektromagnetisme, og ikke et uafhængigt abstrakt begreb, og tyngdefeltet af en elementær partikel kan ikke komprimere det elektromagnetiske felt, der genererede det til et fabelagtigt "sort hul"), og Maxwells ligninger for elektromagnetisme mangler stadig noget - Maxwells ligninger beskriver ikke en enkelt elektromagnetisk bølge: PHOTON, og introducerer også ladninger og strømme, der IKKE er inde i elementarpartikler, da de konstante elektriske og magnetiske felter i elementarpartikler partikler er DIPOLAR.

Kvantemekanikken led ikke mindre ved at have mistet virtuelle partikler og kvante-"teorien" med mange af dens matematiske eventyr. Det 21. århundredes fysik har også spørgsmål om kvantemekanikkens bølgefunktion, eller mere præcist, om dens fysiske betydning. Hvis, i tilfælde af rotation af en elektron i et atom, kvadratet på modulet af bølgefunktionen (Ψ) bestemmer sandsynligheden (dP) for, at elektronen befinder sig i et givet punkt (elementært volumen dv) i rummet, dvs.

dP=|Ψ| 2 dv

så i tilfælde af rum inde i selve elektronen, eller en anden elementarpartikel med en hvilemasse forskellig fra nul, er dette meningsløst - elementarpartiklen er til stede i et givet område af rummet og er også til stede i naboregioner på samme tid . I de områder af rummet, hvor den elektriske (E) eller magnetiske (H) feltstyrke (både konstant og variabel) af en elementær partikel er forskellig fra nul, er en elementær partikel til stede i dem alle. Og da de konstante elektromagnetiske felter af elementarpartikler strækker sig til det uendelige, følger det, at i hvert elementært rumfang er de elektromagnetiske felter af et stort antal elementarpartikler til stede samtidigt, selvom de ikke er i nærheden. Som vi ser, inde i en elementarpartikel har bølgefunktionen mistet sin almindeligt accepterede fysiske betydning, hvilket ikke kan siges om klassisk elektrodynamik. Det er trods alt klassisk elektrodynamik, sammen med Einsteins formel, der gør det muligt at bestemme hvilemassen af ​​en elementarpartikel:
hvor det bestemte integral overtages hele rummet optaget af elementarpartiklen.

Hvad reflekterer bølgefunktionen inde i en elektron (eller en anden elementær partikel) så? - Inde i en elementarpartikel (bortset fra en foton) roterer et elektromagnetisk bølgefelt, hvis ligninger fysikken endnu ikke har fundet, og der er også konstante dipol-elektromagnetiske felter. Og hvad har bølgefunktionen med det at gøre - måske kunne den på en eller anden måde afspejle bølgeprocesser, men hvad angår alt andet, så stort spørgsmål. Bølgefunktionens kvadrerede modul (på trods af dens normalisering) kan ikke indikere, hvilken del af en elementarpartikel, der er koncentreret i et elementarvolumen, da elementarpartikler også har konstante elektromagnetiske felter, der går ud over omfanget af bølgeprocesser. Men at skrive matematiske eventyr er meget godt.

Men for klassisk elektrodynamik forårsagede et lignende problem ikke vanskeligheder. Lad os introducere, på samme måde som kvantemekanik:

Henholdsvis:
Er det ikke interessant? Vi dividerede simpelthen den elektromagnetiske energitæthed af en elementarpartikel med hele dens elektromagnetiske energi - udførte normaliseringen og fik: hvilken del (ω) af den elektromagnetiske energi af en elementarpartikel (og derfor hvilken del af elementarpartikelen) er koncentreret i det elementære rumfang dV. Og hvorfor er kvantemekanikken her med dens matematiske abstraktioner og bølgefunktion, der afspejler hvem ved hvad, når klassisk elektrodynamik gjorde et fremragende stykke arbejde alene, og fysik også virker.

I dag kan kvantemekanikkens udsagn ikke betragtes af fysikken som en ubestridelig sandhed og kræver eksperimentelt bevis - dermed har kvantemekanikken mistet sin tidligere almagt inden for fysik i det 21. århundrede.

5 Grundlæggende interaktioner i naturen - Resumé

Vladimir Gorunovich

Moderne resultater inden for højenergifysik styrker i stigende grad ideen om, at mangfoldigheden af ​​naturens egenskaber skyldes interagerende elementarpartikler. Det er tilsyneladende umuligt at give en uformel definition af en elementarpartikel, da vi taler om de mest primære elementer i stof. På et kvalitativt niveau kan vi sige, at virkelig elementære partikler er fysiske objekter, der ikke har komponenter.
Det er indlysende, at spørgsmålet om fysiske objekters elementære natur primært er et eksperimentelt spørgsmål. For eksempel er det eksperimentelt blevet fastslået, at molekyler, atomer og atomkerner har en indre struktur, der indikerer tilstedeværelsen af ​​bestanddele. Derfor kan de ikke betragtes som elementære partikler. For nylig blev det opdaget, at partikler såsom mesoner og baryoner også har en indre struktur og derfor ikke er elementære. Samtidig er elektronens indre struktur aldrig blevet observeret, og derfor kan den klassificeres som en elementær partikel. Et andet eksempel på en elementær partikel er en lyskvante - en foton.
Moderne eksperimentelle data indikerer, at der kun er fire kvalitativt forskellige typer af interaktioner, hvori elementarpartikler deltager. Disse interaktioner kaldes fundamentale, det vil sige de mest grundlæggende, indledende, primære. Hvis vi tager højde for al mangfoldigheden af ​​egenskaber i verden omkring os, så virker det helt overraskende, at der i naturen kun er fire grundlæggende interaktioner, der er ansvarlige for alle naturlige fænomener.
Ud over kvalitative forskelle adskiller fundamentale interaktioner sig kvantitativt i styrken af ​​deres påvirkning, hvilket er karakteriseret ved udtrykket intensitet. Efterhånden som intensiteten stiger, er de fundamentale interaktioner arrangeret i følgende rækkefølge: gravitationel, svag, elektromagnetisk og stærk. Hver af disse interaktioner er karakteriseret ved en tilsvarende parameter kaldet koblingskonstanten, hvis numeriske værdi bestemmer intensiteten af ​​interaktionen.
Hvordan udfører fysiske objekter grundlæggende interaktioner med hinanden? På et kvalitativt niveau er svaret på dette spørgsmål som følger. Grundlæggende interaktioner bæres af kvanter. Desuden svarer fundamentale interaktioner i kvantefeltet til de tilsvarende elementarpartikler, kaldet elementarpartikler - bærere af interaktioner. I vekselvirkningsprocessen udsender et fysisk objekt partikler - bærere af vekselvirkning, som absorberes af et andet fysisk objekt. Dette fører til, at objekter ser ud til at fornemme hinanden, deres energi, bevægelsesnatur, tilstandsændring, det vil sige, at de oplever gensidig indflydelse.
I moderne højenergifysik bliver ideen om at forene grundlæggende interaktioner stadig vigtigere. Ifølge ideerne om forening er der i naturen kun én enkelt grundlæggende interaktion, som manifesterer sig i specifikke situationer som gravitationel eller svag, eller elektromagnetisk eller stærk eller en kombination af dem. Succesfuld implementering ideer til forening blev inspireret af skabelsen af ​​den nu standard forenede teori om elektromagnetiske og svage interaktioner. Der arbejdes på at udvikle en samlet teori om elektromagnetiske, svage og stærke interaktioner, kaldet den store foreningsteori. Der gøres forsøg på at finde et princip til at forene alle fire grundlæggende interaktioner. Vi vil sekventielt overveje de vigtigste manifestationer af fundamentale interaktioner.

Gravitationsinteraktion

Denne interaktion er universel af natur, alle typer stof, alle naturlige genstande, alle elementære partikler deltager i den! Generelt accepteret klassisk (ikke kvante) teori gravitationsinteraktion er Einsteins generelle relativitetsteori. Tyngdekraften bestemmer planeternes bevægelse ind stjernesystemer, spiller vigtig rolle i processer, der forekommer i stjerner, styrer universets udvikling, og under terrestriske forhold manifesterer sig som en kraft gensidig tiltrækning. Vi har selvfølgelig kun listet et lille antal eksempler fra den enorme liste over tyngdekraftseffekter.
Ifølge den generelle relativitetsteori er tyngdekraften relateret til rumtidens krumning og beskrives ud fra såkaldt Riemannsk geometri. I øjeblikket passer alle eksperimentelle og observationsdata om tyngdekraften inden for rammerne af den generelle relativitetsteori. Data om stærke gravitationsfelter mangler dog i det væsentlige, så de eksperimentelle aspekter af denne teori indeholder mange spørgsmål. Denne situation giver anledning til fremkomsten af ​​forskellige alternative teorier om tyngdekraften, hvis forudsigelser praktisk talt ikke kan skelnes fra forudsigelserne fra den generelle relativitetsteori for fysiske effekter i solsystem, men fører til andre konsekvenser i stærke gravitationsfelter.
Hvis vi negligerer alle relativistiske effekter og begrænser os til svage stationære gravitationsfelter, så reduceres den generelle relativitetsteori til den newtonske teori om universel gravitation. I dette tilfælde, som det er kendt, er den potentielle energi for vekselvirkning af to punktpartikler med masser m 1 og m 2 givet af relationen

hvor r er afstanden mellem partikler, G er den Newtonske gravitationskonstant, som spiller rollen som en. Dette forhold viser, at den potentielle interaktionsenergi V(r) er ikke-nul for enhver endelig r og falder meget langsomt til nul. Af denne grund siges tyngdekraftens interaktion at være langtrækkende.
Af de mange fysiske forudsigelser i den generelle relativitetsteori bemærker vi tre. Det er teoretisk blevet fastslået, at gravitationsforstyrrelser kan forplante sig i rummet i form af bølger kaldet gravitationsbølger. Udbredelse af svage gravitationsforstyrrelser ligner på mange måder elektromagnetiske bølger. Deres hastighed er lig med lysets hastighed, de har to polariseringstilstande, og de er karakteriseret ved fænomenerne interferens og diffraktion. På grund af gravitationsbølgernes ekstremt svage interaktion med stof har deres direkte eksperimentelle observation dog endnu ikke været mulig. Dog data fra nogle astronomiske observationer Tabet af energi i dobbeltstjernesystemer indikerer den mulige eksistens af gravitationsbølger i naturen.
En teoretisk undersøgelse af stjerners ligevægtsforhold inden for rammerne af den generelle relativitetsteori viser, at tilstrækkeligt massive stjerner under visse betingelser kan begynde at kollapse katastrofalt. Dette viser sig at være muligt på ret sene stadier af stjernens udvikling, når det indre tryk forårsaget af de processer, der er ansvarlige for stjernens lysstyrke, ikke er i stand til at afbalancere trykket fra gravitationskræfter, der har tendens til at komprimere stjernen. Som et resultat kan komprimeringsprocessen ikke stoppes af noget. Det beskrevne fysiske fænomen, forudsagt teoretisk inden for rammerne af den generelle relativitetsteori, kaldes gravitationssammenbrud. Undersøgelser har vist, at hvis en stjernes radius bliver mindre end den såkaldte gravitationsradius

Rg = 2GM/c2,

hvor M er stjernens masse, og c er lysets hastighed, så går stjernen ud for en ekstern observatør. Ingen information om de processer, der finder sted i denne stjerne, kan nå en ekstern observatør. I dette tilfælde krydser kroppe, der falder på en stjerne, frit gravitationsradius. Hvis en iagttager er ment som sådan et legeme, så vil han ikke bemærke andet end en stigning i tyngdekraften. Der er således et område af rummet, som man kan komme ind i, men hvorfra intet kan komme ud, inklusive en lysstråle. Et sådant område af rummet kaldes et sort hul. Eksistensen af ​​sorte huller er en af ​​den generelle relativitetsteoris teoretiske forudsigelser; nogle alternative teorier om tyngdekraft er konstrueret præcist på en sådan måde, at de forbyder denne type fænomener. I denne henseende har spørgsmålet om virkeligheden af ​​sorte huller udelukkende vigtig. I øjeblikket er der observationsdata, der indikerer tilstedeværelsen af ​​sorte huller i universet.
Inden for rammerne af den generelle relativitetsteori var det for første gang muligt at formulere problemet med universets udvikling. Således bliver universet som helhed ikke et genstand for spekulativ spekulation, men et objekt for fysisk videnskab. Den gren af ​​fysikken, der beskæftiger sig med universet som helhed, kaldes kosmologi. Det anses nu for at være fast etableret, at vi lever i et ekspanderende univers.
Det moderne billede af universets udvikling er baseret på ideen om, at universet, inklusive dets egenskaber som rum og tid, opstod som et resultat af et særligt fysisk fænomen kaldet Big Bang, og har været udvidet lige siden. Ifølge teorien om universets udvikling skulle afstandene mellem fjerne galakser stige med tiden, og hele universet skulle være fyldt med termisk stråling med en temperatur på omkring 3 K. Disse forudsigelser af teorien er i glimrende overensstemmelse med astronomiske observationsdata. Samtidig viser estimater, at universets alder, det vil sige tiden, der er gået siden Stort brag, er omkring 10 milliarder år. Hvad angår detaljerne om Big Bang, er dette fænomen blevet dårligt undersøgt, og vi kan tale om mysteriet om Big Bang som en udfordring Fysisk videnskab generelt. Det er muligt, at forklaringen på Big Bang-mekanismen er forbundet med nye, endnu ukendte naturlove. almindelige moderne look en mulig løsning på Big Bang-problemet er baseret på ideen om at kombinere teorien om tyngdekraft og kvantemekanik.

Begrebet kvantetyngdekraft

Er det overhovedet muligt at tale om kvantemanifestationer af gravitationsinteraktion? Som det almindeligvis antages, er kvantemekanikkens principper universelle og gælder for enhver fysisk genstand. I denne forstand er gravitationsfeltet ingen undtagelse. Teoretiske undersøgelser viser, at på kvanteniveau er gravitationsinteraktion båret af en elementær partikel kaldet en graviton. Det kan bemærkes, at gravitonen er en masseløs boson med spin 2. Gravitationsinteraktionen mellem partikler forårsaget af gravitonudvekslingen er konventionelt afbildet som følger:

Partiklen udsender en graviton, hvilket får dens bevægelsestilstand til at ændre sig. En anden partikel absorberer gravitonen og ændrer også dens bevægelsestilstand. Som et resultat interagerer partikler med hinanden.
Som vi allerede har bemærket, er koblingskonstanten, der karakteriserer gravitationsinteraktion, den Newtonske konstant G. Det er velkendt, at G er en dimensionel størrelse. For at estimere intensiteten af ​​interaktion er det naturligvis praktisk at have en dimensionsløs koblingskonstant. For at få en sådan konstant kan man bruge de fundamentale konstanter: (Plancks konstant) og c (lysets hastighed) - og indføre noget referencemasse, for eksempel protonmassen m p. Så vil den dimensionsløse koblingskonstant for gravitationsinteraktion være

Gm p 2 /(c) ~ 6·10 -39 ,

hvilket selvfølgelig er en meget lille værdi.
Det er interessant at bemærke, at det ud fra de fundamentale konstanter G, , c er muligt at konstruere størrelser, der har dimensionerne længde, tid, tæthed, masse og energi. Disse mængder kaldes Planck-mængder. Især Planck-længden l Pl og Planck-tiden t Pl ser således ud:

Hver grundlæggende fysisk konstant karakteriserer en vis række af fysiske fænomener: G - gravitationsfænomener, - kvante, c - relativistiske. Derfor, hvis en relation samtidig inkluderer G, , c, så betyder det, at denne relation beskriver et fænomen, der samtidig er gravitations-, kvante- og relativistisk. Således indikerer eksistensen af ​​Planck-mængder den mulige eksistens af tilsvarende fænomener i naturen.
Selvfølgelig er de numeriske værdier af l Pl og t Pl meget små sammenlignet med de karakteristiske værdier af mængder i makrokosmos. Men dette betyder kun, at kvantegravitationseffekter manifesterer sig svagt. De kunne kun være signifikante, når de karakteristiske parametre blev sammenlignelige med Planck-værdierne.
Et karakteristisk træk ved fænomenerne i mikroverdenen er, at fysiske størrelser er underlagt såkaldte kvanteudsving. Det betyder, at med gentagne målinger fysisk mængde i en bestemt tilstand skal der i princippet opnås forskellige numeriske værdier på grund af enhedens ukontrollerede interaktion med det observerede objekt. Lad os huske, at tyngdekraften er forbundet med manifestationen af ​​rumtidens krumning, det vil sige med rumtidens geometri. Derfor bør det forventes, at på tidspunkter af størrelsesordenen t Pl og afstande af størrelsesordenen l Pl, skulle rum-tidens geometri blive et kvanteobjekt, de geometriske karakteristika skulle opleve kvanteudsving. Med andre ord, på Planck skalaer er der ingen fast rum-tidsgeometri; billedligt talt er rum-tid et sydende skum.
En konsekvent kvanteteori om tyngdekraften er ikke blevet konstrueret. På grund af de ekstremt små værdier af l Pl, t Pl, må det forventes, at det inden for en overskuelig fremtid ikke vil være muligt at udføre eksperimenter, hvor kvantegravitationseffekter vil vise sig. Derfor er teoretisk forskning i spørgsmål om kvantetyngdekraft fortsat den eneste vej frem. Er der dog fænomener, hvor kvantetyngdekraften kan have betydning? Ja, det er der, og vi har allerede talt om dem. Dette er gravitationssammenbrud og Big Bang. Ifølge den klassiske gravitationsteori skal et objekt, der er udsat for gravitationssammenbrud, komprimeres til en vilkårlig lille størrelse. Det betyder, at dens dimensioner kan blive sammenlignelige med l Pl, hvor den klassiske teori ikke længere er anvendelig. På samme måde var universets alder under Big Bang sammenlignelig med tPl, og dets dimensioner var af størrelsesordenen lPl. Det betyder, at forståelsen af ​​Big Bangs fysik er umulig inden for rammerne af klassisk teori. Således kan en beskrivelse af det sidste trin af gravitationssammenbrud og det indledende trin af universets udvikling kun udføres ved hjælp af kvanteteorien om tyngdekraften.

Svag interaktion

Denne interaktion er den svageste af de fundamentale interaktioner, der eksperimentelt er observeret i henfald af elementarpartikler, hvor kvanteeffekter er fundamentalt signifikante. Lad os huske på, at kvantemanifestationer af gravitationsinteraktion aldrig er blevet observeret. Svag interaktion skelnes ved hjælp af følgende regel: hvis en elementær partikel kaldet en neutrino (eller antineutrino) deltager i interaktionsprocessen, så er denne interaktion svag.

Et typisk eksempel på den svage interaktion er beta-henfaldet af en neutron

Np + e - + e,

hvor n er en neutron, p er en proton, e er en elektron, e er en elektron antineutrino. Man skal dog huske på, at ovenstående regel slet ikke betyder, at enhver handling med svag interaktion skal ledsages af en neutrino eller antineutrino. Det er kendt, at der forekommer et stort antal neutrinolløse henfald. Som et eksempel kan vi bemærke processen med henfald af et lambda-hyperon til en proton p og en negativt ladet pion π − . Ifølge moderne begreber er neutronen og protonen ikke rigtig elementarpartikler, men består af elementarpartikler kaldet kvarker.
Intensiteten af ​​den svage interaktion er karakteriseret ved Fermi-koblingskonstanten GF. Konstanten G F er dimensionel. For at danne en dimensionsløs størrelse er det nødvendigt at bruge en vis referencemasse, for eksempel protonmassen m p. Så bliver den dimensionsløse koblingskonstant

G F m p 2 ~ 10-5.

Det kan ses, at den svage interaktion er meget mere intens end den gravitationelle interaktion.
Den svage interaktion er i modsætning til gravitationsinteraktionen kortrækkende. Det betyder, at den svage kraft mellem partikler kun kommer i spil, hvis partiklerne er tæt nok på hinanden. Hvis afstanden mellem partikler overstiger en vis værdi kaldet den karakteristiske interaktionsradius, viser den svage interaktion sig ikke. Det er eksperimentelt blevet fastslået, at den karakteristiske radius for svag vekselvirkning er omkring 10-15 cm, det vil sige, at svag vekselvirkning er koncentreret i afstande, der er mindre end atomkernens størrelse.
Hvorfor kan vi tale om svag interaktion som en selvstændig type grundlæggende interaktion? Svaret er enkelt. Det er blevet fastslået, at der er transformationsprocesser af elementarpartikler, der ikke er reduceret til gravitationelle, elektromagnetiske og stærke interaktioner. Et godt eksempel, der viser, at der er tre kvalitativt forskellige interaktioner i nukleare fænomener, kommer fra radioaktivitet. Eksperimenter viser tilstedeværelsen af ​​tre forskellige typer radioaktivitet: -, - og -radioaktive henfald. I dette tilfælde skyldes -henfald stærk interaktion, -henfald skyldes elektromagnetisk interaktion. Det resterende -henfald kan ikke forklares med de elektromagnetiske og stærke vekselvirkninger, og vi er tvunget til at acceptere, at der er en anden fundamental vekselvirkning, kaldet den svage. I det generelle tilfælde skyldes behovet for at indføre svag interaktion, at der forekommer processer i naturen, hvor elektromagnetiske og stærke henfald er forbudt i henhold til bevaringslove.
Selvom den svage interaktion er væsentligt koncentreret i kernen, har den visse makroskopiske manifestationer. Som vi allerede har bemærket, er det forbundet med processen med β-radioaktivitet. Derudover spiller den svage interaktion en vigtig rolle i de såkaldte termonukleære reaktioner, der er ansvarlige for mekanismen for energifrigivelse i stjerner.
Den mest fantastiske egenskab ved den svage interaktion er eksistensen af ​​processer, hvor spejlasymmetri er manifesteret. Ved første øjekast virker det indlysende, at forskellen mellem begreberne venstre og højre er vilkårlig. Faktisk er processerne med gravitationel, elektromagnetisk og stærk interaktion invariante med hensyn til rumlig inversion, som udfører spejlreflektion. Det siges, at i sådanne processer bevares den rumlige paritet P. Det er dog eksperimentelt blevet fastslået, at svage processer kan fortsætte med ikke-konservering af rumlig paritet og derfor synes at mærke forskellen mellem venstre og højre. I øjeblikket er der solide eksperimentelle beviser for, at paritets-ikke-konservering i svage interaktioner er universel af natur; det manifesterer sig ikke kun i henfald af elementarpartikler, men også i nukleare og endda atomare fænomener. Det bør erkendes, at spejl-asymmetri er en egenskab ved naturen på det mest grundlæggende niveau.
Ikke-konservering af paritet i svage vekselvirkninger virkede så usædvanligt en egenskab, at næsten umiddelbart efter dens opdagelse begyndte teoretikere at forsøge at vise, at der faktisk var fuldstændig symmetri mellem venstre og højre, kun det havde en dybere mening end tidligere antaget. Spejlrefleksion skal ledsages af udskiftning af partikler med antipartikler (ladningskonjugation C), og så skal alle fundamentale interaktioner være invariante. Det blev dog senere fastslået, at denne invarians ikke er universel. Der er svage henfald af de såkaldte langlivede neutrale kaoner til pioner π + , π − , hvilket ville være forbudt, hvis den angivne invarians faktisk fandt sted. Dermed, særpræg svag interaktion er dens CP-ikke-invarians. Det er muligt, at denne egenskab er ansvarlig for det faktum, at stof i universet i væsentlig grad sejrer over antistof, bygget af antipartikler. Verden og antiverdenen er asymmetriske.
Spørgsmålet om, hvilke partikler der er bærere af den svage interaktion, har længe været uklart. Forståelse blev opnået relativt for nylig inden for rammerne af den forenede teori om elektrosvage interaktioner - Weinberg-Salam-Glashow-teorien. Det er nu generelt accepteret, at bærerne af den svage interaktion er de såkaldte W ± og Z 0 bosoner. Disse er ladede W ± og neutrale Z 0 elementarpartikler med spin 1 og masser lig i størrelsesordenen 100 m p .

Elektromagnetisk interaktion

Alle ladede legemer, alle ladede elementarpartikler deltager i elektromagnetisk interaktion. I denne forstand er det ret universelt. Klassisk teori elektromagnetisk interaktion er Maxwellsk elektrodynamik. Elektronladningen e tages som koblingskonstanten.
Hvis vi overvejer to ting i hvile punktafgift q 1 og q 2, så vil deres elektromagnetiske vekselvirkning blive reduceret til en kendt elektrostatisk kraft. Det betyder, at interaktionen er lang rækkevidde og henfalder langsomt i takt med, at afstanden mellem ladningerne øges.
De klassiske manifestationer af elektromagnetisk interaktion er velkendte, og vi vil ikke dvæle ved dem. Fra kvanteteoriens synspunkt er bæreren for elektromagnetisk vekselvirkning elementarpartikelfoton - en masseløs boson med spin 1. Kvanteelektromagnetisk vekselvirkning mellem ladninger er konventionelt afbildet som følger:

En ladet partikel udsender en foton, hvilket får dens bevægelsestilstand til at ændre sig. En anden partikel absorberer denne foton og ændrer også dens bevægelsestilstand. Som et resultat synes partiklerne at fornemme hinandens tilstedeværelse. Det er velkendt, at elektrisk ladning er en dimensionel størrelse. Det er praktisk at indføre den dimensionsløse koblingskonstant for elektromagnetisk interaktion. For at gøre dette skal du bruge de grundlæggende konstanter og c. Som et resultat kommer vi frem til følgende dimensionsløse koblingskonstant, kaldet finstrukturkonstanten i atomfysik α = e 2 /c ≈1/137.

Det er let at se, at denne konstant væsentligt overstiger konstanterne for gravitationelle og svage interaktioner.
Fra et moderne synspunkt repræsenterer elektromagnetiske og svage interaktioner forskellige aspekter af en enkelt elektrosvag interaktion. En samlet teori om elektrosvag interaktion er blevet skabt - Weinberg-Salam-Glashow-teorien, som forklarer alle aspekter af elektromagnetiske og svage interaktioner fra en samlet position. Er det muligt på et kvalitativt niveau at forstå, hvordan opdelingen af ​​den kombinerede interaktion i separate, tilsyneladende selvstændige interaktioner sker?
Så længe de karakteristiske energier er tilstrækkeligt små, er de elektromagnetiske og svage vekselvirkninger adskilt og påvirker ikke hinanden. Når energien stiger, begynder deres gensidige påvirkning, og ved tilstrækkelig høje energier smelter disse interaktioner sammen til en enkelt elektrosvag interaktion. Den karakteristiske foreningsenergi estimeres i størrelsesorden til at være 10 2 GeV (GeV er en forkortelse for gigaelectron-volt, 1 GeV = 10 9 eV, 1 eV = 1,6 10 -12 erg = 1,6 10 19 J). Til sammenligning bemærker vi, at den karakteristiske energi for en elektron i et brintatoms grundtilstand er omkring 10 -8 GeV, den karakteristiske bindingsenergi for en atomkerne er omkring 10 -2 GeV, den karakteristiske bindingsenergi solid omkring 10 -10 GeV. Den karakteristiske energi af kombinationen af ​​elektromagnetiske og svage interaktioner er således enorm sammenlignet med de karakteristiske energier i atom- og kernefysik. Af denne grund manifesterer elektromagnetiske og svage interaktioner ikke deres eneste essens i almindelige fysiske fænomener.

Stærk interaktion

Den stærke interaktion er ansvarlig for stabiliteten af ​​atomkerner. Siden atomkernerne hos de fleste kemiske elementer er stabile, er det klart, at den interaktion, der holder dem fra forfald, skal være ret stærk. Det er velkendt, at kerner består af protoner og neutroner. For at forhindre positivt ladede protoner i at spredes i forskellige retninger, er det nødvendigt at have tiltrækkende kræfter mellem dem, der overstiger kræfterne ved elektrostatisk frastødning. Det er det stærke samspil, der er ansvarlig for disse attraktive kræfter.
Et karakteristisk træk ved den stærke interaktion er dens ladningsuafhængighed. De nukleare tiltrækningskræfter mellem protoner, mellem neutroner og mellem en proton og en neutron er i det væsentlige de samme. Det følger heraf, at fra synspunktet om stærke interaktioner, er protonen og neutronen ude af skel, og der bruges et enkelt udtryk for dem nukleon, det vil sige en partikel af kernen.

Den karakteristiske skala for den stærke interaktion kan illustreres ved at betragte to nukleoner i hvile. Teorien fører til potentiel energi deres interaktioner i form af Yukawa-potentialet

hvor værdien r 0 ≈10 -13 cm og falder i størrelsesorden med kernens karakteristiske størrelse, g er koblingskonstanten for den stærke vekselvirkning. Dette forhold viser, at den stærke interaktion er kortrækkende og i det væsentlige er fuldstændig koncentreret ved afstande, der ikke overstiger kernens karakteristiske størrelse. Når r > r 0 forsvinder det praktisk talt. En velkendt makroskopisk manifestation af den stærke interaktion er effekten af ​​radioaktivitet. Det skal dog huskes på, at Yukawa-potentialet ikke er en universel egenskab ved den stærke interaktion og ikke er relateret til dens grundlæggende aspekter.
I øjeblikket er der en kvanteteori om stærk interaktion, kaldet kvantekromodynamik. Ifølge denne teori er bærerne af den stærke interaktion elementære partikler - gluoner. Ifølge moderne begreber består partikler, der deltager i den stærke interaktion og kaldet hadroner, af elementarpartikler - kvarker.
Quarks er fermioner med spin 1/2 og ikke-nul masse. Den mest overraskende egenskab ved kvarker er deres elektriske ladning. Kvarker dannes i tre par (tre generationer af dubletter), angivet som følger:

Hver type kvark kaldes almindeligvis en smag, så der er seks kvark-smag. I dette tilfælde har u-, c-, t-kvarker en elektrisk ladning på 2/3|e| , og d-, s-, b-kvarker er den elektriske ladning -1/3|e|, hvor e er ladningen af ​​elektronen. Derudover er der tre kvarker af en given smag. De adskiller sig i et kvantetal kaldet farve, som har tre værdier: gul, blå, rød. Hver kvark svarer til en antikvark, som har en modsat elektrisk ladning i forhold til den givne kvark og en såkaldt antifarve: anti-gul, anti-blå, anti-rød. Tager man hensyn til antallet af smags- og farvestoffer, ser vi, at der er i alt 36 kvarker og antikvarker.
Kvarker interagerer med hinanden gennem udveksling af otte gluoner, som er masseløse bosoner med spin 1. Når de interagerer, kan kvarkernes farver ændre sig. I dette tilfælde er den stærke interaktion konventionelt afbildet som følger:

Den kvark, der er en del af hadronen, udsender en gluon, som følge af hvilken hadronens bevægelsestilstand ændres. Denne gluon absorberes af en kvark, der er en del af en anden hadron og ændrer dens bevægelsestilstand. Som et resultat interagerer hadronerne med hinanden.
Naturen er designet på en sådan måde, at vekselvirkningen af ​​kvarker altid fører til dannelsen af ​​farveløse bundne tilstande, som netop er hadroner. For eksempel er en proton og en neutron opbygget af tre kvarker: p = uud, n = udd. Pionen π − er sammensat af en kvark u og en antikvark: π − = u. Et karakteristisk træk ved kvark-kvark-interaktion gennem gluoner er, at når afstanden mellem kvarker mindskes, svækkes deres interaktion. Dette fænomen kaldes asymptotisk frihed og fører til, at kvarker inde i hadroner kan betragtes som frie partikler. Asymptotisk frihed følger naturligt af kvantekromodynamikken. Der er eksperimentelle og teoretiske indikationer på, at efterhånden som afstanden øges, bør interaktionen mellem kvarker øges, hvorfor det er energetisk gunstigt for kvarker at være inde i hadronen. Det betyder, at vi kun kan observere farveløse genstande - hadroner. Enkelte kvarker og gluoner, som har farve, kan ikke eksistere i en fri tilstand. Fænomenet indeslutning af elementarpartikler med farve inde i hadroner kaldes indeslutning. Forskellige modeller er blevet foreslået til at forklare indeslutning, men en konsistent beskrivelse, der følger af teoriens første principper, er endnu ikke blevet konstrueret. Fra et kvalitativt synspunkt opstår vanskelighederne fra det faktum, at gluoner med farve interagerer med alle farvede objekter, inklusive hinanden. Af denne grund er kvantekromodynamik en i det væsentlige ikke-lineær teori, og de omtrentlige forskningsmetoder, der anvendes i kvanteelektrodynamik og elektrosvag teori, viser sig ikke at være helt tilstrækkelige i teorien om stærke interaktioner.

Tendenser i at fusionere interaktioner

Vi ser, at på kvanteniveau manifesterer alle fundamentale interaktioner sig på samme måde. En elementarpartikel af et stof udsender en elementarpartikel - en bærer af interaktion, som absorberes af en anden elementarpartikel af et stof. Dette fører til vekselvirkning af stofpartikler med hinanden.
Den dimensionsløse koblingskonstant for den stærke vekselvirkning kan konstrueres analogt med finstrukturkonstanten i formen g2/(c)10. Sammenligner vi de dimensionsløse koblingskonstanter, er det let at se, at den svageste er gravitationsinteraktionen, efterfulgt af den svage, elektromagnetiske og stærke.
Hvis vi tager den allerede udviklede forenede teori om elektrosvage vekselvirkninger i betragtning, nu kaldet standard, og følger tendensen til forening, så opstår problemet med at konstruere en samlet teori om elektrosvage og stærke vekselvirkninger. I øjeblikket er der skabt modeller af en sådan forenet teori, kaldet den store foreningsmodel. Alle disse modeller har mange punkter til fælles; især viser den karakteristiske foreningsenergi sig at være i størrelsesordenen 10 15 GeV, hvilket væsentligt overstiger den karakteristiske foreningsenergi for elektromagnetiske og svage interaktioner. Det følger heraf, at direkte eksperimentel undersøgelse Stor ensretning ser problematisk ud selv i en ret fjern fremtid. Til sammenligning bemærker vi, at den højeste energi, der kan opnås med moderne acceleratorer, ikke overstiger 10 3 GeV. Derfor, hvis der opnås eksperimentelle data vedrørende den store forening, kan de kun være af indirekte karakter. Især store forenede modeller forudsiger protonhenfald og eksistensen af ​​en magnetisk monopol med stor masse. Eksperimentel bekræftelse af disse forudsigelser ville være en stor triumf for foreningstendenser.
Det generelle billede af opdelingen af ​​den enkelte store interaktion i separate stærke, svage og elektromagnetiske interaktioner er som følger. Ved energier af størrelsesordenen 10 15 GeV og højere er der en enkelt interaktion. Når energien falder til under 10 15 GeV, adskilles de stærke og elektrosvage kræfter fra hinanden og repræsenteres som forskellige grundkræfter. Med et yderligere fald i energi under 10 2 GeV adskilles de svage og elektromagnetiske vekselvirkninger. Som et resultat, på den energiskala, der er karakteristisk for makroskopiske fænomeners fysik, synes de tre undersøgte interaktioner ikke at have en enkelt natur.
Lad os nu bemærke, at energien på 10 15 GeV ikke er så langt fra Planck-energien

hvorved kvantegravitationseffekter bliver betydelige. Derfor fører den store forenede teori nødvendigvis til problemet med kvantetyngdekraften. Hvis vi yderligere følger tendensen til forening, må vi acceptere ideen om eksistensen af ​​én omfattende fundamental interaktion, som er opdelt i separate gravitationelle, stærk, svag og elektromagnetisk sekventielt, efterhånden som energien falder fra Planck-værdien til energier mindre end 10 2 GeV.
Konstruktionen af ​​en sådan storslået forenende teori er tilsyneladende ikke gennemførlig inden for rammerne af det idésystem, der førte til standardteorien om elektrosvage interaktioner og store foreningsmodeller. Det er nødvendigt at tiltrække nye, måske tilsyneladende skøre, ideer, ideer og metoder. På trods af meget interessante tilgange udviklet for nylig, såsom supergravitation og strengteori, forbliver problemet med at forene alle grundlæggende interaktioner åbent.

Konklusion

Så vi har gennemgået den grundlæggende information om naturens fire grundlæggende vekselvirkninger. De mikroskopiske og makroskopiske manifestationer af disse interaktioner og billedet af fysiske fænomener, hvor de spiller en vigtig rolle, beskrives kort.
Hvor det var muligt, forsøgte vi at spore tendensen til forening, bemærke de fælles træk ved grundlæggende interaktioner og levere data om de karakteristiske skalaer af fænomener. Det materiale, der præsenteres her, foregiver naturligvis ikke at være en komplet anmeldelse og indeholder ikke mange vigtige detaljer nødvendig for systematisk præsentation. En detaljeret beskrivelse af de problemstillinger, vi har rejst, kræver brug af hele arsenalet af metoder inden for moderne teoretisk højenergifysik og ligger uden for denne artikel, populærvidenskabelig litteratur. Vores mål var at præsentere det generelle billede af resultaterne af moderne teoretisk højenergifysik og tendenserne i dens udvikling. Vi søgte at vække læserens interesse for en uafhængig, mere detaljeret undersøgelse af materialet. Selvfølgelig er en vis forgrovning uundgåelig med denne tilgang.
Den foreslåede liste over referencer giver en mere forberedt læser mulighed for at uddybe sin forståelse af de problemstillinger, der diskuteres i artiklen.

1. Okun L.B. a, b, g, Z. M.: Nauka, 1985.
2. Okun L.B. Elementarpartiklers fysik. M.: Nauka, 1984.
3. Novikov I.D. Hvordan universet eksploderede. M.: Nauka, 1988.
4. Friedman D., van. Nieuwenhuizen P. // Uspekhi fiz. Sci. 1979. T. 128. N 135.
5. Hawking S. Fra Big Bang til sorte huller: Novelle tid. M.: Mir, 1990.
6. Davis P. Superpower: Søger efter en samlet teori om naturen. M.: Mir, 1989.
7. Zeldovich Ya.B., Khlopov M.Yu. Idéernes drama i viden om naturen. M.: Nauka, 1987.
8. Gottfried K., Weiskopf W. Begreber om elementærpartikelfysik. M.: Mir, 1988.
9. Coughlan G.D., Dodd J.E. Partikelfysikkens ideer. Cambridge: Cambridge Univ. Presse, 1993.

For at forstå, om det er værd at fortsætte med at skrive korte skitser, der bogstaveligt talt forklarer anderledes fysiske fænomener og processer. Resultatet fjernede min tvivl. Jeg fortsætter. Men for at nærme sig ret komplekse fænomener, bliver du nødt til at lave separate sekventielle serier af indlæg. Så for at komme til historien om strukturen og udviklingen af ​​Solen og andre typer stjerner, bliver du nødt til at starte med en beskrivelse af typerne af interaktion mellem elementarpartikler. Lad os starte med dette. Ingen formler.
I alt kendes fire typer af interaktion i fysikken. Alle er velkendte gravitationel Og elektromagnetisk. Og næsten ukendt for den brede offentlighed stærk Og svag. Lad os beskrive dem sekventielt.
Gravitationsinteraktion . Folk har kendt det siden oldtiden. Fordi den konstant befinder sig i Jordens tyngdefelt. Og fra skolens fysik ved vi, at tyngdekraftens vekselvirkning mellem legemer er proportional med produktet af deres masser og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem. Under påvirkning af tyngdekraften kredser Månen om Jorden, Jorden og andre planeter kredser om Solen, og sidstnævnte kredser sammen med andre stjerner om midten af ​​vores galakse.
Det ret langsomme fald i styrken af ​​gravitationel interaktion med afstand (omvendt proportional med kvadratet af afstanden) tvinger fysikere til at tale om denne interaktion som Lang distance. Derudover er tyngdekraftens kræfter, der virker mellem kroppe, kun tiltrækningskræfter.
Elektromagnetisk interaktion . I det simpleste tilfælde af elektrostatisk interaktion, som vi kender fra skolens fysik, er tiltræknings- eller frastødningskraften mellem elektrisk ladede partikler proportional med produktet af deres elektriske ladninger og omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem. Hvilket minder meget om loven om gravitationel interaktion. Den eneste forskel er, at elektriske ladninger med de samme tegn frastøder, og dem med forskellige tegn tiltrækker. Derfor kaldes elektromagnetisk interaktion, ligesom gravitationsinteraktion, af fysikere Lang distance.
Samtidig er elektromagnetisk interaktion mere kompleks end gravitationsinteraktion. Fra skolens fysik ved vi, at det elektriske felt er skabt af elektriske ladninger, magnetiske ladninger findes ikke i naturen, men det magnetiske felt er skabt elektriske strømme.
Faktisk kan et elektrisk felt også skabes af et tidsvarierende magnetfelt, og et magnetfelt af et tidsvarierende elektrisk felt. Den sidste omstændighed gør det muligt at eksistere elektromagnetisk felt uden nogen elektriske ladninger eller strømme overhovedet. Og denne mulighed realiseres i form af elektromagnetiske bølger. For eksempel radiobølger og lyskvanter.
Fordi elektriske og gravitationskræfter er lige afhængige af afstand, er det naturligt at forsøge at sammenligne deres intensiteter. For to protoner viser tyngdekraftens tiltrækningskræfter sig således at være 10 til tidens 36. potens (en milliard milliarder milliarder milliarder gange) svagere end kræfterne ved elektrostatisk frastødning. Derfor kan gravitationsinteraktion i mikroverdenens fysik ganske rimeligt negligeres.
Stærk interaktion . Det her - Kort rækkevidde styrke. I den forstand, at de kun opererer ved afstande af størrelsesordenen et femtometer (en trilliontedel af en millimeter), og kl. lange afstande deres indflydelse mærkes praktisk talt ikke. Desuden, ved afstande af størrelsesordenen et femtometer, er den stærke interaktion omkring hundrede gange mere intens end den elektromagnetiske.
Det er derfor, at lige elektrisk ladede protoner i atomkernen ikke frastødes hinanden af ​​elektrostatiske kræfter, men holdes sammen af ​​stærke vekselvirkninger. Fordi dimensionerne af en proton og en neutron er omkring et femtometer.
Svag interaktion . Den er virkelig meget svag. For det første fungerer den ved afstande, der er tusind gange mindre end et femtometer. Og på lange afstande mærkes det praktisk talt ikke. Derfor hører den, ligesom den stærke, til klassen Kort rækkevidde. For det andet er dens intensitet cirka hundrede milliarder gange mindre end intensiteten af ​​elektromagnetisk interaktion. Den svage kraft er ansvarlig for nogle henfald af elementarpartikler. Herunder frie neutroner.
Der er kun én type partikel, der kun interagerer med stof gennem svag interaktion. Dette er en neutrino. Næsten hundrede milliarder solneutrinoer passerer gennem hver kvadratcentimeter af vores hud hvert sekund. Og vi bemærker dem slet ikke. I den forstand, at i løbet af vores levetid er det usandsynligt, at nogle få neutrinoer vil interagere med vores krops stof.
Vi vil ikke tale om teorier, der beskriver alle disse typer af interaktioner. For det, der er vigtigt for os, er et billede af verden af ​​høj kvalitet, og ikke teoretikernes fornøjelser.

I hverdagen møder vi en række kræfter, der opstår ved sammenstød af kroppe, friktion, eksplosion, spænding af en tråd, kompression af en fjeder osv. Men alle disse kræfter er resultatet af den elektromagnetiske interaktion af atomer med hinanden. Teorien om elektromagnetisk interaktion blev skabt af Maxwell i 1863.

En anden længe kendt interaktion er gravitationsinteraktionen mellem legemer med masse. I 1915 skabte Einstein den generelle relativitetsteori, som relaterede gravitationsfeltet til rumtidens krumning.

I 1930'erne Det blev opdaget, at atomkerner består af nukleoner, og hverken elektromagnetiske eller gravitationelle vekselvirkninger kan forklare, hvad der holder nukleonerne i kernen. Den stærke interaktion blev foreslået for at beskrive interaktionen mellem nukleoner i en kerne.

Da vi fortsatte med at studere mikroverdenen, viste det sig, at nogle fænomener ikke er beskrevet af de tre typer af interaktion. Derfor blev den svage interaktion foreslået for at beskrive nedbrydningen af ​​neutronen og andre lignende processer.

I dag er alle kræfter kendt i naturen produktet af fire grundlæggende interaktioner, som kan arrangeres i faldende rækkefølge af intensitet i følgende rækkefølge:

• 1) stærk interaktion;
• 2) elektromagnetisk interaktion;
• 3) svag interaktion;
• 4) gravitationsinteraktion.

Grundlæggende vekselvirkninger bæres af elementarpartikler - bærere af grundlæggende vekselvirkninger. Disse partikler kaldes målebosoner. Processen med grundlæggende vekselvirkninger mellem kroppe kan repræsenteres som følger. Hver krop udsender partikler - bærere af interaktioner, som absorberes af en anden krop. I dette tilfælde oplever kroppene gensidig indflydelse.

Stærk interaktion kan forekomme mellem protoner, neutroner og andre hadroner (se nedenfor). Den er kortrækkende og er kendetegnet ved en aktionsradius af kræfter i størrelsesordenen 10 15 m. Bæreren for stærk interaktion mellem hadroner er pæoner, og varigheden af ​​interaktionen er omkring 10 23 s.

Elektromagnetisk interaktion har fire størrelsesordener lavere intensitet sammenlignet med den stærke interaktion. Det opstår mellem ladede partikler. Elektromagnetisk vekselvirkning er langtidsvirkende og er kendetegnet ved en uendelig virkningsradius af kræfter. Bæreren af ​​elektromagnetisk interaktion er fotoner, og varigheden af ​​interaktionen er omkring 10-20 s.

Svag interaktion har 20 størrelsesordener lavere intensitet sammenlignet med den stærke interaktion. Det kan forekomme mellem hadroner og leptoner (se nedenfor). Leptoner omfatter især elektronen og neutrinoen. Et eksempel på svag interaktion er neutron-p-henfaldet diskuteret ovenfor. Den svage vekselvirkning er kortrækkende og er karakteriseret ved en aktionsradius af kræfter i størrelsesordenen 10 18 m. Bæreren af ​​den svage vekselvirkning er vektor bosoner, og varigheden af ​​interaktionen er omkring 10 10 s.

Gravitationsinteraktion har 40 størrelsesordener lavere intensitet sammenlignet med den stærke interaktion. Det opstår mellem alle partikler. Gravitationsinteraktion er langtidsvirkende og er karakteriseret ved en uendelig aktionsradius af kræfter. Bæreren af ​​gravitationsinteraktion kan være gravitationer. Disse partikler er endnu ikke fundet, hvilket kan skyldes den lave intensitet af gravitationel interaktion. Det hænger også sammen med det faktum, at på grund af de små masser af elementarpartikler er denne interaktion i kernefysikkens processer ubetydelig.

I 1967 foreslog A. Salam og S. Weinberg teori om elektrosvag interaktion, som kombinerede elektromagnetiske og svage interaktioner. I 1973 blev teorien om stærk interaktion skabt kvantekromodynamik. Alt dette gjorde det muligt at skabe standard model elementarpartikler, der beskriver elektromagnetiske, svage og stærke interaktioner. Alle tre typer af interaktion, der betragtes her, opstår som en konsekvens af postulatet om, at vores verden er symmetrisk med hensyn til tre typer af måletransformationer.