Фундаментальные взаимодействия

Взаимодействие – основная причина движения материи, поэтому взаимодействие присуще всем материальным объектам независимо от их природного происхождения и системной организации. Между элементарными частицами могут осуществляться четыре типа взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Внутри атомного ядра проявляются сильные и слабые взаимодействия. Сильноевзаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Данное взаимодействие определяется ядерными силами, короткодействием, насыщением и другими свойствами. Сильное взаимодействие удерживает нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре и кварки внутри нуклонов и отвечает за стабильность атомных ядер. С помощью сильного взаимодействия ученые объяснили, почему протоны ядра атома не разлетаются под действием электромагнитных сил отталкивания. Сильное взаимодействие передается глюонами – частицами, «склеивающими» кварки, которые входят в состав протонов, нейтронов и других частиц. Константа взаимодействия ≈ 10^°, радиус действия 10^-10 м, время протекания ≈ 10^-23с.

Электромагнитное взаимодействие: постоянная взаимодействия порядка 10^-2, радиус взаимодействия не ограничен, время взаимодействия ≈ 10^-20с. Существует между любыми телами в микро-, макро– и мегамире. Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическими зарядами и передается с помощью электрического и магнитного полей. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное – при движении электрических зарядов. Электромагнитное взаимодействие описывается: законом Кулона, законом Ампера и др. и в обобщенном виде – электромагнитной теорией Максвелла, связывающей электрическое и магнитное поля. Благодаря электромагнитному взаимодействию возникают атомы, молекулы и происходят химические реакции. Химические реакции представляют собой проявление электромагнитных взаимодействий и являются результатами перераспределения связей между атомами в молекулах, а также количества и состава атомов в молекулах разных веществ. Различные агрегатные состояния вещества, силы упругости, трения и т.д. определяются электромагнитным взаимодействием. Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны – кванты электромагнитного поля с нулевой массой покоя.

Слабое взаимодействие, как и сильное, также действует только в микромире и является короткодействующим, радиус действия r ≈ 10^-18м. В этом взаимодействии участвуют все элементарные частицы, кроме фотона. Переносчиками слабого взаимодействия принято считать частицы с массой в 100 раз больше массы протонов – промежуточные векторные бозоны. Слабым взаимодействием объясняются все виды β – распада, многие распады элементарных частиц, а также взаимодействие нейтрино с веществом. Константа взаимодействия имеет порядок 10^-10 и τ ≈ 10^-13с.

Гравитационное взаимодействие первым из известных фундаментальных взаимодействий стало предметом исследования ученых. Оно проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу, передается посредством гравитационного поля и определяется законом всемирного тяготения, который был сформулирован И. Ньютоном.

Закон всемирного тяготения описывает падение материальных тел в поле Земли, движение планет Солнечной системы, звезд и т.п. По мере увеличения массы вещества гравитационные взаимодействия возрастают. Гравитационное взаимодействие – наиболее слабое из всех известных современной науке взаимодействий. Тем не менее, гравитационные взаимодействия определяют строение всей Вселенной: образование всех космических систем; существование планет, звезд и галактик. Важная роль гравитационного взаимодействия определяется его универсальностью: все тела, частицы и поля участвуют в нем, но в микромире может не учитываться, т.к. его константа равна 10^-20 (r = ∞, τ не ограничено).

Переносчиками гравитационного взаимодействия являются гравитоны – кванты гравитационного поля.

Одна из важнейших задач современного естествознания – создание единой теории фундаментальных взаимодействий, объединяющей различные виды взаимодействия. Создание подобной теории означало бы также построение единой теории элементарных частиц.

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 371; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!