Элементарные частицы

ЛЕКЦИЯ 9.

Синергетический подход к эволюции Вселенной

Физический вакуум

Таким образом, в действительности можно рассматривать материю не в двух проявлениях – веществе и поле, а в трех. Третьим является физический вакуум. Физический вакуум является прародителем всех частиц вещества и квантов полей вследствие спонтанного нарушения симметрии. Общепринятое представление о вакууме как о состоянии, в котором среднее значение энергии всех физических полей равно 0, отвергается. Признается возможность существования состояний с наименьшей энергией при отличном от нуля значении некоторых физических полей. Возникает представление о существовании вакуумных конденсатов – состояний с отличным от нуля вакуумным средним. Спонтанное нарушение симметрии означает, что при определенных макроусловиях фундаментальные симметрии оказываются в состоянии неустойчивости.

Современная космология (наука об эволюции Вселенной) предполагает инфляционную стадию в развитии Вселенной. Основная идея: расширение Вселенной рассматривается из состояния, когда вся материя была представлена только физическим вакуумом. Вакуум нашей Вселенной обладает определенными свойствами, задающими характер взаимодействий, специфику явлений, протекающих в нашем мире, размерность пространства. Инфляция, т.е. «вздутие» означает процесс вздутия Вселенной. Это состояние в отличие от истинного вакуума отличается высокой энергией, обеспечивающей вследствие гравитационного отталкивания раздувание Вселенной. Состояние так называемого «ложного» вакуума симметрично, но энергетически нестабильно. Эволюция Вселенной в контексте инфляционной теории рассматривается как синергетический самоорганизующийся процесс. Процессы самоорганизации можно представить в рамках взаимодействия двух открытых подсистем – физического вакуума и всевозможных микрочастиц и квантов полей. В результате расширения произошел «большой взрыв». Дальнейшее развитие проходило через критические точки – точки бифуркации, в которых происходили спонтанные нарушения симметрии исходного вакуума.

Таким образом, энергия из вакуума перекачивалась в энергию тех частиц и полей, которые из вакуума и рождались. Ход этих процессов оказался таким, что в результате появилась жизнь нашего типа.

Под элементарными частицами можно понимать такие микрочастицы, внутреннюю структуру которых на современном уровне развития физики нельзя представить как объединения других частиц.

Чтобы объяснить свойства и поведение элементарных частиц, их приходится наделить, кроме массы, электрического заряда и спина, рядом дополнительных величин (квантовых чисел).

Существуют 4 вида взаимодействия: (по участию в них подразделяются и элементарные частицы).

Сильное – обеспечивает связь нуклонов в ядре. Интенсивность взаимодействия характеризуется с помощью так называемой константы взаимодействия – безразмерного параметра, определяющего вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия. У сильного взаимодействия она равна 10. Наибольшее расстояние, на котором оно проявляется ~ 10^{-13 см.}

Электромагнитное взаимодействие – константа взаимодействия = 1/137 ≈ 10^-2. Радиус действия не ограничен (r = ∞).

Слабое взаимодействие – отвечает за все виды β-распада ядер, за распады элементарных частиц, за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Константа взаимодействия равна по порядку величины 10^-14 (10^-5). Слабое взаимодействие также является короткодействующим.

Гравитационное взаимодействие. Константа взаимодействия имеет значение ~ 10^-39 (r = ∞). Ему подвержены все элементарные частицы.

Физика до недавнего времени изучала материю в двух ее проявлениях – вещества и поля. В природе существуют две группы частиц – адроны и лептоны. Частицы вещества являются ферми-частицами (фермионами). Системы тождественных ферми-частиц подчиняются статистике Ферми-Дирака. Все фермионы имеют полуцелое значение спина. Для них справедлив принцип Паули, согласно которому происходит заполнение электронных оболочек. Адроны участвуют во всех фундаментальных взаимодействиях. Лептоны не участвуют только в сильном взаимодействии.

Кванты полей являются бозе-частицами (бозонами) – частицами с целочисленным значением спина. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны, электромагнитного поля – фотоны, (γ-кванты), слабого взаимодействия – w⁺ и z^o – бозоны. Переносчиками гравитационного взаимодействия ученые считают гипотетические пока (на современном уровне развития науки) гравитоны.

Дата добавления: 2014-01-11