Слабое взаимодействие

Сильное взаимодействие

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. Предполагается, что сильное взаимодействие передается квантами поля ядерных сил – глюонами. Предполагается, что сильное ядерное взаимодействие удерживает кванты внутри нуклонов – протона и нейтрона, а протоны и нейтроны – внутри ядра.

Сильное взаимодействие отвечает за устойчивость ядер и распространяется только в пределах размеров ядра. Чем сильнее взаимодействуют нуклоны в ядре, тем оно устойчивее, тем больше его энергия связи, определяемая работой, которую необходимо совершить, чтобы разделить нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых взаимодействие становится равным нулю. Ядерные силы являются короткодействующими: при расстояниях между нуклонами, превышающим 2×10^–13 см, действие их уже не обнаруживается. На расстояниях, меньших 10 ^–13 см, притяжение нуклонов сменяется отталкиванием. Сильное взаимодействие не зависит от зарядов нуклонов. Ядерные силы, действующие между двумя протонами, протоном и нейтроном и двумя нейтронами, равны по величине. Это свойство называют зарядовой независимостью ядерных сил. Ядерные силы зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Например, протон и нейтрон удерживаются вместе, образуя ядро водорода, только в случае параллельной ориентации их спинов.

Слабое взаимодействие описывает некоторые виды ядерных процессов. Слабое взаимодействие является наименее интенсивным. Интенсивность слабого взаимодействия на 10¼11 порядков (в 10¹⁰¼10¹¹ раз) меньше интенсивности ядерных сил. Поэтому его и назвали слабым, радиус его действия менее 10^–15 см. Оно вызывает медленно протекающие процессы с элементарными частицами. Слабое взаимодействие существует между всеми частицами со спином 1/2 (фермионами) и отвечает за b –распад ядер, за многие распады элементарных частиц и за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Например, слабым взаимодействием объясняется процесс  n ® p + e⁺ +n.

Слабое взаимодействие ответственно за многие микропроцессы, является необходимой стороной термоядерных реакций в звездах. Возникающие при этом нейтрино уносят значительную часть энергии излучения звезд (до 7%). Обладая огромной проникающей способностью, они слабо поглощаются веществом, постоянно накапливаются в космосе, и через создаваемые ими поля тяготения оказывают весьма существенное влияние на пространственно-временные отношения в гигантских космических масштабах.

Слабое взаимодействие является короткодействующим. Слабое взаимодействие переносится так называемыми слабыми бозонами.

Обычно для количественного анализа перечисленных взаимодействий используют две характеристики: безразмерную константу взаимодействия, определяющую величину взаимодействия, и радиус действия:

Вид взаимодействия	Константа взаимодействия	Радиус действия
Гравитационное	6×10^-39	¥
Электромагнитное	1/137	¥
Сильное		(0,1–1) ×10^-13см
Слабое	10^-14	<< 0,1 ×10^-13см

По данным табл. Видно, что константа гравитационного взаимодействия самая малая, поэтому радиус действия его, как и электромагнитного взаимодействия, неограничен. Гравитационное взаимодействие в классическом представлении в процессах микромира существенной роли не играет. Однако в макропроцессах ему принадлежит определяющая роль. Например, движение планет Солнечной системы происходит в строгом соответствии с законами гравитационного взаимодействия.

В 1967 г. была предложена теория (Вайнберг, Салам), объединившая слабое взаимодействие с электромагнитным. Впоследствии эта теория была подтверждена экспериментально. Это явилось крупным шагом в познании микропроцессов. Перед физикой стоит важнейшая задача создания единой теории взаимодействий, включающих в себя также сильные, а в перспективе и гравитационные взаимодействия. По-видимому, такое "великое объединение" потребует синтеза теории элементарных частиц, научной космологии, релятивистской астрофизики. Только в сверхплотных состояниях вещества, в процессах гравитационного коллапса или, напротив, взрывного расширения черных дыр, в недрах квазаров и ядер галактик могут проявляться те физические условия, в которых возможны синтез и взаимное превращение четырех фундаментальных видов взаимодействий. Разработка единой теории всех известных фундаментальных взаимодействий позволит обеспечить концептуальную интеграцию современных данных о природе, хотя на этом физическая наука на закончится, ибо материя неисчерпаема и бесконечна в своей структуре, как практически необозримы пути технического применения физики и развития прикладных физических дисциплин.

Дата добавления: 2014-11-16