Grundlæggende interaktioner

Fundamentale interaktioner , også kendt som fundamentale kræfter  , er kvalitativt forskellige typer af interaktion mellem elementarpartikler og kroppe sammensat af dem.

I dag er eksistensen af ​​fire fundamentale interaktioner pålideligt kendt ( Higgs-feltet ikke medregnet ):

I dette tilfælde er de elektromagnetiske og svage interaktioner manifestationer af en enkelt elektrosvag interaktion .

Der søges efter andre typer af fundamentale interaktioner, både i mikroverdenens fænomener og på en kosmisk skala, men indtil videre er ingen anden type fundamental interaktion blevet opdaget (se Fifth force ).

I Grand Unification-teorier antages eksistensen af ​​en elektronuklear kraft . Måske er overtrædelsen af ​​CP-invarians forårsaget af den supersvage interaktion .

Pivottabel

Interaktion Aktuel beskrivelse efter teori Oplade Bærerpartikel Relativ styrke [1] Afstandsafhængighed Anslagsradius ( m )
tyngdekraft Generel relativitetsteori (GR) Vægt Graviton (hypotetisk) en ∞
Svag Teori om elektrosvag interaktion (TEV) Svag isospin W + -, W - - og Z 0 -bosoner 10 25 10-18 _
elektromagnetisk Kvanteelektrodynamik (QED) Elektrisk ladning Foton 10 36 ∞
Stærk Kvantekromodynamik (QCD) farveladning Gluoner 10 38 10-15 _

Historie

Newton i sin anden lov (1687 [2] ) postulerede, at årsagen til at ændre kroppens bevægelse er kraft . Fysikere kendte en bred vifte af kræfter: tyngdekraft , trådspænding, fjederkompressionskraft , kropskollisionskraft , friktionskraft , luftmodstandskraft , eksplosionskraft osv.

Undersøgelser af det 18.-19. århundrede førte til opdagelsen af ​​stoffets atomare struktur , og det blev klart, at al mangfoldigheden af ​​disse kræfter er resultatet af atomernes interaktion med hinanden. Da hovedtypen af ​​interatomisk interaktion  er elektromagnetisk , så, som det viste sig, er de fleste af disse kræfter blot forskellige manifestationer af elektromagnetisk interaktion . En af undtagelserne er for eksempel tyngdekraften, som er forårsaget af tyngdekraftens vekselvirkning mellem legemer med masse .

Således blev det i begyndelsen af ​​det 20. århundrede klart, at alle de kræfter, der var kendt på det tidspunkt, var reduceret til to grundlæggende vekselvirkninger: elektromagnetisk og gravitation.

I 1930'erne opdagede fysikere, at atomkerner bestod af nukleoner ( protoner og neutroner ). Det blev klart, at hverken elektromagnetiske eller gravitationelle interaktioner kunne forklare, hvad der holder nukleoner i kernen. Eksistensen af ​​en ny fundamental kraft er blevet postuleret: den stærke kraft . Men senere viste det sig, at selv dette ikke er nok til at forklare nogle fænomener i mikrokosmos. Det var især uklart, hvad der får den frie neutron til at henfalde . Derefter blev eksistensen af ​​en svag interaktion postuleret , og dette viste sig at være nok til at beskrive alle de fænomener, der hidtil er observeret i mikrokosmos.

Efter opdagelsen af ​​Higgs-bosonet blev Higgs -feltet undertiden omtalt som den femte fundamentale kraft [3] .

Oprettelse af en samlet teori om fundamentale interaktioner

Den første af teorierne om interaktioner var teorien om elektromagnetisme , skabt af Maxwell i 1863 . Så i 1915 formulerede Einstein den generelle relativitetsteori , der beskrev gravitationsfeltet . Ideen om at konstruere en samlet teori om grundlæggende interaktioner (hvoraf kun to var kendt på det tidspunkt) dukkede op, ligesom Maxwell formåede at skabe en generel beskrivelse af elektriske og magnetiske fænomener . En sådan forenet teori ville forene tyngdekraft og elektromagnetisme som særlige 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, men der blev ikke fremlagt nogen helt tilfredsstillende model. Dette skyldes især det faktum, at den generelle relativitetsteori og teorien om elektromagnetisme er forskellige i det væsentlige. Tyngdekraften beskrives ved krumningen af ​​rum-tid , og i denne forstand er gravitationsfeltet betinget ikke -materiale (empirisk ikke-diskret) , men ligesom andre former for interaktion forplanter det sig med den maksimalt tilladte lyshastighed (se Tyngdehastighed ), mens det elektromagnetiske felt er alle nødvendige materieattributter .

I anden halvdel af det 20. århundrede blev opgaven med at konstruere en samlet teori kompliceret af behovet for at indføre svage og stærke interaktioner i den, samt behovet for at kvantisere teorien.

I 1967 skabte Salam og Weinberg teorien om den elektrosvage interaktion , som kombinerede elektromagnetisme og svage interaktioner. Senere i 1973 blev teorien om den stærke interaktion foreslået ( kvantekromodynamik ). Baseret på dem blev standardmodellen af ​​elementarpartikler bygget, som beskriver de elektromagnetiske, svage og stærke vekselvirkninger.

Den eksperimentelle verifikation af standardmodellen består i at opdage partiklerne og deres egenskaber forudsagt af den. I øjeblikket er alle elementære partikler i standardmodellen blevet opdaget.

Grundlæggende interaktioner er således i øjeblikket beskrevet af to generelt accepterede teorier: generel relativitet og standardmodellen . Deres forening er endnu ikke blevet opnået på grund af vanskelighederne med at skabe en kvanteteori om tyngdekraften . Forskellige tilgange bruges til at forene de grundlæggende interaktioner yderligere: strengteori , sløjfekvantetyngdekraft og også M-teori .

Hypotesen om antallet af fundamentale fysiske interaktioner - hvorfor i naturen lige præcis antallet af interaktioner, der antages at eksistere - blev fremsat relativt for nylig på Moscow State University . Det antages, at antallet af fundamentale interaktioner afhænger af formen af ​​dæmpningskoefficienten i de overvejede oscillationsligninger. Samtidig vidner den ikke-kommutative struktur af denne koefficient til fordel for Higgs-feltets eksistens som en fundamental interaktion [4] .

Se også

Noter

  1. ↑ Ca. Se Koblingskonstant for en mere præcis kraftværdi afhængig af partiklen og dens energi.
  2. ↑ Isaac Newton, "De matematiske principper for naturfilosofi ".
  3. ↑ Elementarpartiklers fysik. Dmitry Kazakov, Valery Rubakov Del 1. Dmitry Kazakov. The Fifth Force and Unified Theory Fantasies Arkiveret 19. juli 2014 på Wayback Machine .
  4. ↑ Andrey Angorsky om antallet af grundlæggende fysiske interaktioner Arkiveret 12. juni 2020 på Wayback Machine

Links

 Grundlæggende interaktioner
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger