Фундаментальные взаимодействия

Общие сведения об элементарных частицах

Общее свойство элементарных частиц заключается в том, что они являются специфическими формами существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы.

В группу элементарных частиц входят нуклоны (протоны и нейтроны), электрон, фотон, пи – мезоны (- мезоны, пионы), мю – мезоны (μ – мезоны, мюоны), тяжелые лептоны (нейтрино трёх типов (электронное ₀ ⁰υ _е, мюонное ₀ ⁰υ _μ, «странные» частицы (К – мезоны или каоны, гипероны), «очарованные» частицы, мезоны со «скрытым очарованием», ипсилон – частицы (υ), «красивые» частицы, промежуточные векторные бозоны (W^±, Z⁰), резонансы – всего более 400 частиц, в основном нестабильных. Их число продолжает расти (и, скорее всего, неограниченно велико).

Большинство перечисленных частиц не удовлетворяют строгому определению элементарности, т.к. по современным представлениям, они (в частности, нуклоны) являются «составными» системами. Поэтому в настоящее время уровень элементарных частиц «расщеплен» на два подуровня: подуровень адронов и подуровень фундаментальных частиц, структура которых пока не выявлена.

Для всех типов элементарных частиц строго выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда.

Квантовые закономерности являются определяющими в поведении элементарных частиц.

Наиболее важное квантовое свойство всех элементарных частиц – свойство трансмутации – способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с другими частицами.

Последнее обстоятельство делает бессодержательным представление о себетождественном теле, на котором базировалась вся предшествующая физика.

В формировании современной физической картины мира большую роль сыграла диалектическая идея о единстве прерывного и непрерывного. При построении квантовой теории поля – квантовой электродинамики (П.Дирак[2]) – оно рассматривалось как совокупность частиц, а квантовые частицы – как возбуждения поля.

Все процессы, в которых участвуют элементарные частицы, обусловлены взаимодействиями между ними. В настоящее время различают четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие свойственно адронам. Наиболее известное его проявление – ядерные силы, обусловливающие существование атомных ядер.

В электромагнитном взаимодействии участвуют только электрически заряженные частицы (в т.ч. нейтрон) и фотоны. Наиболее существенное его проявление – кулоновские силы, обусловливающие существование атомов. Именно электромагнитное взаимодействие ответственно за подавляющее большинство макроскопических свойств вещества.

Слабое взаимодействие характерно для всех элементарных частиц, кроме фотонов. Наиболее известное его проявление – бета-превращения атомных ядер. Оно же обусловливает нестабильность многих элементарных частиц.

Гравитационное взаимодействие присуще всем телам Вселенной, проявляется в виде сил всемирного тяготения. Эти силы обусловливают существование звёзд, планетных систем, галактик и т.п.

Гравитационное взаимодействие является предельно слабым и в мире элементарных частиц при обычных энергиях существенной роли не играет.

В очень сильных гравитационных полях (W ²⁵ эВ) могут происходить квантовые процессы образования частиц. Теоретически описание таких процессов рассматривается в общей теории относительности (ОТО).

Переносчик гравитационного взаимодействия – грвитон – экспериментально пока не обнаружен.

Сравнительные характеристики фундаментальных взаимодействий

Таблица

№ п/п	Взаимодействие	Механизм обмена	Интенсивность	Радиус действия, м
	Сильное	глюоны		10^-15
	Электромагнитное	фотоны	1/137
	Слабое	промежуточные бозоны	^-10	^-18
	Гравитационное	гравитоны	^-38

О квантовой теории гравитации

Из постоянных G, и с может быть построена величина размерности массы: m_пл. = = 10^-8 кг – планковская масса; характеризует энергию W = m _пл.с²²⁵ эВ, при которой должен осуществляться переход к квантовому описанию гравитационного взаимодействия. При меньших энергиях классическое описание этого взаимодействия.

ОТО связывает гравитационное взаимодействие с общими свойствами пространства – времени. Квантование гравитационного взаимодействия может привести к появлению у пространства-времени дискретных свойств. Предполагают. Что дискретные свойства пространства проявляются с расстояний l_пл. ^-35 м – планковская (фундаментальная) длина, а времени t _пл.^-43 с – планковское время.

Последовательно квантовой теории гравитационного взаимодействия пока не создано.

Дата добавления: 2013-12-11