Oddziaływanie to jest najsłabszym z oddziaływań fundamentalnych obserwowanych eksperymentalnie w rozpadach cząstek elementarnych, gdzie efekty kwantowe mają fundamentalne znaczenie. Przypomnij sobie, że manifestacje kwantowe oddziaływanie grawitacyjne nigdy nie zostały zaobserwowane. Oddziaływanie słabe wyróżnia się następna zasada: jeśli cząstka elementarna, zwana neutrinem (lub antyneutrinem), uczestniczy w procesie oddziaływania, to oddziaływanie to jest słabe.
Oddziaływanie słabe jest znacznie intensywniejsze niż oddziaływanie grawitacyjne.
Oddziaływanie słabe, w przeciwieństwie do grawitacyjnego, jest krótkozasięgowe. Oznacza to, że słabe oddziaływanie między cząstkami wchodzi w grę tylko wtedy, gdy cząstki są wystarczająco blisko siebie. Jeśli odległość między cząstkami przekracza pewną wartość, zwaną charakterystycznym promieniem oddziaływania, oddziaływanie słabe nie ujawnia się. Ustalono eksperymentalnie, że charakterystyczny promień oddziaływania słabego rzędu 10-15 cm, czyli oddziaływania słabego, jest skoncentrowany na odległościach mniejsze rozmiary jądro atomowe.
Dlaczego możemy mówić o oddziaływaniu słabym jako o niezależnej formie oddziaływań fundamentalnych? Odpowiedź jest prosta. Ustalono, że zachodzą procesy przemian cząstek elementarnych, których nie można sprowadzić do oddziaływań grawitacyjnych, elektromagnetycznych i silnych. Dobry przykład, pokazujący, że w zjawiskach jądrowych występują trzy jakościowo różne interakcje, jest związany z radioaktywnością. Eksperymenty wskazują na obecność trzech różnego rodzaju promieniotwórczość: rozpady promieniotwórcze a-, b i g. W tym przypadku rozpad a wynika z oddziaływania silnego, rozpad g - elektromagnetyczny. Pozostałego rozpadu b nie da się wytłumaczyć oddziaływaniami elektromagnetycznymi i silnymi i jesteśmy zmuszeni zaakceptować, że istnieje jeszcze inne oddziaływanie podstawowe zwane oddziaływaniem słabym. W ogólnym przypadku potrzeba wprowadzenia oddziaływania słabego wynika z faktu, że w przyrodzie zachodzą procesy, w których rozpady elektromagnetyczne i silne są zakazane przez prawa zachowania.
Chociaż oddziaływanie słabe jest zasadniczo skoncentrowane wewnątrz jądra, ma pewne przejawy makroskopowe. Jak już zauważyliśmy, wiąże się to z procesem radioaktywności b. Ponadto oddziaływanie słabe odgrywa ważną rolę w tzw. reakcjach termojądrowych odpowiedzialnych za mechanizm uwalniania energii w gwiazdach.
Najbardziej niesamowita nieruchomość? oddziaływanie słabe to istnienie procesów, w których przejawia się asymetria lustrzana. Na pierwszy rzut oka wydaje się oczywiste, że różnica między pojęciami lewicy i prawicy jest arbitralna. Rzeczywiście, procesy oddziaływań grawitacyjnych, elektromagnetycznych i silnych są niezmienne względem inwersji przestrzennej, która realizuje odbicie lustrzane. Mówi się, że w takich procesach zachowywany jest parzystość przestrzenna P. Jednak eksperymentalnie ustalono, że słabe procesy mogą przebiegać z niezachowaniem parzystości przestrzennej, a zatem wydają się odczuwać różnicę między lewą a prawą stroną. Obecnie istnieją solidne dowody doświadczalne, że brak zachowania parzystości w oddziaływaniach słabych ma charakter uniwersalny i przejawia się nie tylko w rozpadach cząstek elementarnych, ale także w zjawiskach jądrowych, a nawet atomowych. Należy uznać, że asymetria lustrzana jest właściwością Natury na najbardziej podstawowym poziomie.
Wszystkie naładowane ciała, wszystkie naładowane cząstki elementarne uczestniczą w oddziaływaniu elektromagnetycznym. W tym sensie jest dość uniwersalny. Klasyczna teoria oddziaływania elektromagnetycznego to elektrodynamika Maxwella. Jako stałą sprzężenia przyjmuje się ładunek elektronu e.
Jeśli weźmiemy pod uwagę dwa odpoczynki opłata punktowa q1 i q2, to ich oddziaływanie elektromagnetyczne zostanie zredukowane do znanej siły elektrostatycznej. Oznacza to, że oddziaływanie ma duży zasięg i powoli maleje wraz ze wzrostem odległości między ładunkami. Naładowana cząstka emituje foton, przez co zmienia się stan jej ruchu. Inna cząsteczka pochłania ten foton, a także zmienia stan swojego ruchu. W rezultacie cząstki wydają się odczuwać swoją obecność. Powszechnie wiadomo, że ładunek elektryczny jest wielkością wymiarową. Wygodnie jest wprowadzić bezwymiarową stałą sprzężenia oddziaływania elektromagnetycznego. Aby to zrobić, musimy użyć stałych podstawowych i c. W rezultacie otrzymujemy następującą bezwymiarową stałą sprzężenia, zwaną in fizyka atomowa stała struktura drobnoziarnista
Łatwo zauważyć, że ta stała znacznie przewyższa stałe oddziaływań grawitacyjnych i słabych.
Z nowoczesnego punktu widzenia oddziaływania elektromagnetyczne i słabe są różne imprezy zunifikowane oddziaływanie elektrosłabe. Stworzono zunifikowaną teorię oddziaływań elektrosłabych - teorię Weinberga-Salama-Glashowa, która wyjaśnia ze zunifikowanego stanowiska wszystkie aspekty oddziaływań elektromagnetycznych i słabych. Czy można zrozumieć na poziomie jakościowym, jak zunifikowana interakcja dzieli się na oddzielne, jakby to było, niezależne interakcje?
Dopóki energie charakterystyczne są wystarczająco małe, oddziaływania elektromagnetyczne i słabe są rozdzielone i nie wpływają na siebie. Wraz ze wzrostem energii zaczyna się ich wzajemne oddziaływanie, a przy odpowiednio wysokich energiach oddziaływania te łączą się w jedno oddziaływanie elektrosłabe. Charakterystyczną energię unifikacji szacuje się na 102 GeV (GeV jest skrótem od gigaelektronowolta, 1 GeV = 109 eV, 1 eV = 1,6 10-12 erg = 1,6 1019 J). Dla porównania zauważamy, że charakterystyczna energia elektronu w stanie podstawowym atomu wodoru wynosi około 10-8 GeV, charakterystyczna energia wiązania jądra atomowego wynosi około 10-2 GeV, charakterystyczna energia wiązania ciała stałego wynosi około 10-10 GeV. Tak więc energia charakterystyczna unifikacji oddziaływań elektromagnetycznych i słabych jest ogromna w porównaniu z energiami charakterystycznymi w fizyce atomowej i jądrowej. Z tego powodu oddziaływania elektromagnetyczne i słabe nie przejawiają wspólnej istoty w zwykłych zjawiskach fizycznych.
Oddziaływanie silne odpowiada za stabilność jąder atomowych. Ponieważ jądra atomowe większości pierwiastki chemiczne stabilne, jasne jest, że interakcja, która zapobiega ich rozpadowi, musi być wystarczająco silna. Powszechnie wiadomo, że jądra składają się z protonów i neutronów. Aby zapobiec rozpraszaniu dodatnio naładowanych protonów w różne strony, konieczne jest istnienie między nimi sił przyciągania, które przekraczają siły odpychania elektrostatycznego. To silna interakcja jest odpowiedzialna za te siły przyciągania.
Cechą charakterystyczną oddziaływania silnego jest jego niezależność podopieczna. Siły przyciągania jądrowego między protonami, między neutronami i między protonem a neutronem są zasadniczo takie same. Z tego wynika, że z punktu widzenia oddziaływań silnych proton i neutron są nie do odróżnienia i używa się dla nich pojedynczego terminu nukleon, czyli cząstki jądra.
Tak więc dokonaliśmy przeglądu podstawowych informacji dotyczących czterech fundamentalnych interakcji z Naturą. Opisano pokrótce mikroskopijne i makroskopowe przejawy tych oddziaływań oraz obraz zjawisk fizycznych, w których odgrywają one ważną rolę.
MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI ROSJI
budżet federalny instytucja edukacyjna
wyższe wykształcenie zawodowe
„St. Petersburg State Elektrotechniczny Uniwersytet „LETI” im. V. I. Uljanowa (Lenina)”
(SPbGETU)
Wydział Ekonomii i Zarządzania
Wydział Fizyki
Temat „Koncepcje nowoczesne nauki przyrodnicze"
na temat „Słaba interakcja”
W kratę:
Altmark Aleksander Moiseevich
Wykonywane:
student gr. 3603
Kolosecka Maria Władimirowna
Petersburg
1. Słaba siła jest jedną z czterech podstawowych sił
Historia studiów
Rola w przyrodzie
Siła słaba jest jedną z czterech sił podstawowych
Słaba siła lub słaba siła jądrowa jest jedną z czterech podstawowych sił
Oddziaływanie słabe jest krótkozasięgowe - objawia się na odległościach znacznie mniejszych niż wielkość jądra atomowego
Słabymi nośnikami oddziaływań są bozony wektorowe
Pierwszy słabe interakcje zaobserwowano w rozpadzie y jąder atomowych. I, jak się okazało, rozpady te są związane z przemianami protonu w neutron w jądrze i odwrotnie:
R? n + e+ + ?e, n? p + e- + e,
gdzie n to neutron, p to proton, e- to elektron, ??e to antyneutrino elektronowe.
Cząstki elementarne są zwykle podzielone na trzy grupy:
) fotony; ta grupa składa się tylko z jednej cząstki - fotonu - kwantu promieniowanie elektromagnetyczne;
) leptony (z greckiego „leptos” - światło), uczestniczące jedynie w oddziaływaniach elektromagnetycznych i słabych. Do leptonów należą neutrina elektronowe i mionowe, elektron, mion i ciężki lepton odkryte w 1975 r. - t-lepton, czyli taon, o masie około 3487 m, a także odpowiadające im antycząstki. Nazwa leptony wynika z faktu, że masy pierwszych znanych leptonów były mniejsze niż masy wszystkich innych cząstek. Do leptonów zalicza się również neutrino taonowe, którego istnienie w ostatnie czasy również ustanowiony;
) hadrony (z greckiego „adros” – duże, mocne). Hadrony mają silne oddziaływanie wraz z elektromagnetycznym i słabym. Spośród cząstek omówionych powyżej należą do nich proton, neutron, piony i kaony.
Własności słabego oddziaływania
Słaba interakcja ma cechy charakterystyczne:
Wszystkie podstawowe fermiony biorą udział w oddziaływaniu słabym
Operacja P zmienia znak dowolnego wektora biegunowego
Operacja inwersji przestrzennej przekształca układ w symetrię lustrzaną. Symetrię lustrzaną obserwuje się w procesach pod wpływem oddziaływań silnych i elektromagnetycznych. Symetria lustrzana w tych procesach oznacza, że w stanach lustrzano-symetrycznych przejścia są realizowane z takim samym prawdopodobieństwem.
G. ? Yang Zhenning, Li Zongdao otrzymali nagroda Nobla w fizyce. Do głębokich badań nad tzw. prawami parzystości, które doprowadziły do ważnych odkryć w dziedzinie cząstek elementarnych.
Oprócz parzystości przestrzennej oddziaływanie słabe nie zachowuje również połączonego parzystości ładunku przestrzennego, to znaczy jedyne znane oddziaływanie narusza zasadę niezmienności CP
Symetria ładunków oznacza, że jeśli istnieje jakikolwiek proces z udziałem cząstek, to po ich zastąpieniu przez antycząstki (koniugacja ładunków) proces ten również istnieje i zachodzi z takim samym prawdopodobieństwem. Symetria ładunku jest nieobecna w procesach z udziałem neutrin i antyneutrin. W naturze istnieją tylko lewoskrętne neutrina i prawoskrętne antyneutrina. Jeśli każda z tych cząstek (dla pewności rozważymy neutrino elektronowe e i antyneutrino e) zostanie poddana sprzężeniu ładunkowemu, to zamienią się one w nieistniejące obiekty o liczbach leptonowych i helicity.
Zatem zarówno P-, jak i C-niezmienność są naruszane w słabych oddziaływaniach. Jeśli jednak na neutrinie (antyneutrinie) wykonywane są dwie kolejne operacje? Transformacje P i C (kolejność działań nie jest istotna), potem znowu otrzymujemy neutrina występujące w przyrodzie. Kolejność operacji i (lub in Odwrotna kolejność) nazywa się transformacją CP. Wynik przekształcenia CP (połączonej inwersji) e i e jest następujący:
Tak więc w przypadku neutrin i antyneutrin operacja przekształcająca cząstkę w antycząstkę nie jest operacją sprzęgania ładunku, ale transformacją CP.
Historia studiów
Badanie oddziaływań słabych trwało przez długi czas.
W 1896 roku Becquerel odkrył, że sole uranu emitują promieniowanie przenikliwe (rozpad y toru). To był początek badania słabego oddziaływania.
W 1930 r. Pauli wysunął hipotezę, że podczas „rozpadu” wraz z elektronami (e) emitowane są lekkie, obojętne cząstki. neutrino (?). W tym samym roku Fermi zaproponował kwantową teorię pola rozpadu ?. Rozpad neutronu (n) jest konsekwencją oddziaływania dwóch prądów: prąd hadronowy zamienia neutron w proton (p), prąd leptonowy tworzy parę elektron + neutrino. W 1956 Reines po raz pierwszy zaobserwował reakcję ep? ne+ w eksperymentach w pobliżu reaktor jądrowy.
Lee i Yang wyjaśnili paradoks rozpadów mezonów K + (? ~ ? zagadka) ? rozpad na 2 i 3 piony. Wiąże się to z niezachowaniem parzystości przestrzennej. Asymetrię lustrzaną wykryto w rozpadach jąder, rozpadach mionów, pionów, mezonów K i hiperonów.
W 1957 Gell-Mann, Feynman, Marshak, Sudarshan zaproponowali uniwersalną teorię słabego oddziaływania opartą na kwarkowej strukturze hadronów. Teoria ta, zwana Teoria V-A, doprowadziły do opisu oddziaływań słabych za pomocą diagramów Feynmana. Jednocześnie odkryto całkowicie nowe zjawiska: naruszenie niezmienności CP i prądów neutralnych.
W latach 60. Sheldona Lee Glashow
W latach 1991-2001 w akceleratorze LEP2 (CERN) badano rozpady bozonu Z0, które wykazały, że w przyrodzie występują tylko trzy generacje leptonów: ?e, ?? oraz??.
Rola w przyrodzie
siła jądrowa jest słaba
Najczęstszym procesem spowodowanym oddziaływaniem słabym jest rozpad b promieniotwórczych jąder atomowych. Zjawisko radioaktywności<#"justify">Bibliografia
1. Nowożiłow Ju.W. Wprowadzenie do teorii cząstek elementarnych. Moskwa: Nauka, 1972
Okun B. Słabe oddziaływanie cząstek elementarnych. Moskwa: Fizmatgiz, 1963
Słaba interakcja
Silna interakcja
Oddziaływanie silne jest bliskiego zasięgu. Jego promień działania wynosi około 10-13 cm.
Cząstki biorące udział w oddziaływaniu silnym nazywane są hadronami. W zwykłej stabilnej substancji w nie za dużo wysoka temperatura silna interakcja nie powoduje żadnych procesów. Jego rolą jest tworzenie silnego wiązania między nukleonami (protonami i neutronami) w jądrach. Energia wiązania wynosi średnio około 8 MeV na nukleon. W tym przypadku w zderzeniach jąder lub nukleonów o wystarczająco dużej energii (rzędu stu MeV) oddziaływanie silne prowadzi do licznych reakcje jądrowe: rozszczepienie jąder, przekształcenie jednych jąder w inne itp.
Począwszy od energii zderzających się nukleonów rzędu kilkuset MeV, oddziaływanie silne prowadzi do produkcji mezonów P. Przy jeszcze wyższych energiach rodzą się mezony K i hiperony oraz wiele rezonansów mezonowych i barionowych (rezonanse to krótkotrwałe stany wzbudzone hadronów).
Jednocześnie okazało się, że nie wszystkie cząstki podlegają oddziaływaniu silnemu. Tak więc doświadczają go protony i neutrony, ale elektrony, neutrina i fotony nie podlegają temu. Zwykle w oddziaływaniu silnym biorą udział tylko cząstki ciężkie.
Trudno było opracować teoretyczne wyjaśnienie natury oddziaływań silnych. Przełom nastąpił dopiero na początku lat sześćdziesiątych, kiedy zaproponowano model kwarków. W tej teorii neutrony i protony są uważane nie za cząstki elementarne, ale za systemy kompozytowe, zbudowany z kwarków
Kwanty oddziaływania silnego to osiem gluonów. Gluony wzięły swoją nazwę od angielskie słowo klej (klej), ponieważ odpowiadają za uwięzienie kwarków. Masy spoczynkowe gluonów są równe zeru. Jednocześnie gluony mają ładunek barwny, dzięki czemu mogą oddziaływać ze sobą, jak mówią, do samodziałania, co prowadzi do trudności w matematycznym opisie oddziaływania silnego ze względu na jego nieliniowość.
Jego promień działania jest mniejszy niż 10-15 cm, a słaba interakcja jest o kilka rzędów wielkości słabsza niż nie tylko silna, ale także elektromagnetyczna. Jednocześnie jest znacznie silniejszy niż grawitacyjny w mikrokosmosie.
Pierwszym odkrytym i najbardziej rozpowszechnionym procesem wywołanym oddziaływaniem słabym jest radioaktywny rozpad b jąder.
Hostowane na ref.rf
Ten rodzaj radioaktywności został odkryty w 1896 roku przez A.A. Becquerel.em. W procesie radioaktywnego elektronu /b - - / rozpad jednego z neutronów / n/ jądro atomowe zamienia się w proton / R/ z emisją elektronów / mi-/ i antyneutrino elektroniczne //:
n ® p + e-+
W procesie rozpadu pozytonu /b + -/ następuje przejście:
p® n + e++
W pierwszej teorii rozpadu b, stworzonej w 1934 r. przez E. Fermiego, dla wyjaśnienia tego zjawiska konieczne było postawienie hipotezy o istnieniu specjalnego rodzaju sił krótkiego zasięgu, które powodują przejście
n ® p + e-+
Dalsze badania wykazały, że interakcja wprowadzona przez Fermiego ma charakter uniwersalny.
Hostowane na ref.rf
Powoduje rozpad wszystkich niestabilnych cząstek, których masy i zasady doboru liczb kwantowych nie pozwalają na ich rozpad na skutek oddziaływania silnego lub elektromagnetycznego. Słaba interakcja jest nieodłączną cechą wszystkich cząstek, z wyjątkiem fotonów. Czas charakterystyczny procesów oddziaływań słabych przy energiach rzędu 100 MeV jest o 13-14 rzędów wielkości dłuższy niż czas charakterystyczny dla oddziaływania silnego.
Kwanty słabego oddziaływania to trzy bozony - W + , W − , Z°-. Indeksy górne wskazują znak ładunek elektryczny te kwanty. Kwanty oddziaływania słabego mają znaczną masę, co prowadzi do tego, że oddziaływanie słabe przejawia się na bardzo krótkich odległościach.
Należy wziąć pod uwagę, że dzisiaj oddziaływania słabe i elektromagnetyczne są już połączone w jedną teorię. Istnieje szereg schematów teoretycznych, w których podejmuje się próbę stworzenia jednolitej teorii wszystkich rodzajów interakcji. Jednak schematy te nie są jeszcze wystarczająco rozwinięte, aby można je było przetestować eksperymentalnie.
26. Fizyka strukturalna. Korpuskularne podejście do opisu i wyjaśniania przyrody. Redukcjonizm
Przedmioty fizyki strukturalnej są elementami struktury materii (np. cząsteczki, atomy, cząstki elementarne) i więcej kompleksowa edukacja z nich. To:
1) plazma - jest gazem, w którym znaczna część cząsteczek lub atomów jest zjonizowana;
2) kryształy- to jest ciała stałe, w którym atomy lub cząsteczki są uporządkowane i tworzą okresowo powtarzającą się strukturę wewnętrzną;
3) płyny- jest to stan skupienia materii, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ łączy cechy stanu stałego (zachowanie objętości, określona wytrzymałość na rozciąganie) i gazowego (zmienność kształtu).
Płyny charakteryzują się:
a) uporządkowanie bliskiego zasięgu w układzie cząstek (cząsteczek, atomów);
b) niewielka różnica energii kinetycznej ruchu termicznego i ich potencjalnej energii oddziaływania.
4) gwiazdy,.ᴇ. świecące kule gazowe (plazmowe).
Podkreślając równania strukturalne materii, stosuje się następujące kryteria:
Wymiary przestrzenne: cząstki tego samego poziomu mają wymiary przestrzenne tego samego rzędu (na przykład wszystkie atomy mają wymiary rzędu 10 -8 cm);
Czas trwania procesów: na jednym poziomie jest to mniej więcej taka sama kolejność;
Obiekty tego samego poziomu składają się z tych samych pierwiastków (na przykład wszystkie jądra składają się z protonów i neutronów);
Prawa wyjaśniające procesy na jednym poziomie różnią się jakościowo od praw wyjaśniających procesy na innym poziomie;
Obiekty na różnych poziomach różnią się podstawowymi właściwościami (na przykład wszystkie atomy są elektrycznie obojętne, a wszystkie jądra są naładowane elektrycznie dodatnio).
W miarę odkrywania nowych poziomów struktury i stanów materii rozszerza się obszar przedmiotowy fizyki strukturalnej.
Należy mieć na uwadze, że przy rozwiązywaniu konkretnych problemów fizycznych zagadnienia związane z wyjaśnieniem struktury, interakcją i ruchem są ze sobą ściśle powiązane.
U podstaw fizyki strukturalnej leży korpuskularne podejście do opisu i wyjaśniania przyrody.
Po raz pierwszy w historii pojawiła się koncepcja atomu jako ostatniej i niepodzielnej cząstki ciała starożytna Grecja w ramach nauczania przyrodniczo-filozoficznego szkoły Leucypa-Demokryta. Zgodnie z tym poglądem, na świecie są tylko atomy, które poruszają się w próżni. Starożytni atomiści uważali ciągłość materii za oczywistą. Różne kombinacje atomów tworzą różne widoczne ciała. Ta hipoteza nie była oparta na danych eksperymentalnych. Była po prostu genialnym przypuszczeniem. Ale ona decydowała o wszystkim na wiele stuleci. dalszy rozwój nauki przyrodnicze.
Hipoteza atomów jako niepodzielnych cząstek materii została przywrócona w naukach przyrodniczych, w szczególności w fizyce i chemii, aby wyjaśnić pewne wzorce, które zostały ustalone empirycznie (na przykład prawa Boyle-Mariotte i Gay-Lussaca dla gazów doskonałych, rozszerzalność cieplna ciał itp.). d.). Rzeczywiście, prawo Boyle-Mariotte stwierdza, że objętość gazu jest odwrotnie proporcjonalna do jego ciśnienia, ale nie wyjaśnia, dlaczego tak jest. Podobnie, gdy ciało jest ogrzewane, jego wymiary zwiększają się. Ale jaki jest powód tej ekspansji? W kinetycznej teorii materii te i inne ustalone przez doświadczenie prawidłowości wyjaśnia się za pomocą atomów i cząsteczek.
Rzeczywiście, bezpośrednio obserwowany i mierzony spadek ciśnienia gazu wraz ze wzrostem jego objętości w kinetycznej teorii materii tłumaczy się wzrostem swobodnej drogi jego składowych atomów i cząsteczek. W wyniku tego zwiększa się objętość zajmowana przez gaz. Podobnie rozszerzanie się ciał po podgrzaniu w kinetycznej teorii materii tłumaczy się wzrostem Średnia prędkość poruszające się cząsteczki.
Objaśnienia, w których właściwości złożonych substancji lub ciał stara się sprowadzić do właściwości ich prostszych elementów lub części składowe, nazywa redukcjonizm. Ta metoda analizy umożliwiła rozwiązanie dużej klasy problemów w naukach przyrodniczych.
Aż do późny XIX w. Wierzono, że atom jest najmniejszą, niepodzielną, pozbawioną struktury cząstką materii. Jednocześnie odkrycia elektronu, radioaktywności pokazały, że tak nie jest. Powstaje planetarny model atomu Rutherforda. Następnie zostaje zastąpiony modelem N. Bora. Ale tak jak poprzednio, myśl fizyków ma na celu sprowadzenie całej różnorodności złożonych właściwości ciał i zjawisk przyrodniczych do: proste właściwości niewielka liczba cząstek pierwotnych. Następnie cząstki te zostały nazwane podstawowy. Teraz ich całkowita liczba przekracza 350. Z tego powodu jest mało prawdopodobne, aby wszystkie takie cząstki można było nazwać naprawdę elementarnymi, nie zawierającymi innych pierwiastków. Przekonanie to umacnia się w związku z hipotezą o istnieniu kwarków. Zgodnie z nim znane cząstki elementarne składają się z cząstek o ułamkowych ładunkach elektrycznych. Nazywają się kwarki.
W zależności od rodzaju oddziaływania, w którym uczestniczą cząstki elementarne, wszystkie z wyjątkiem fotonu dzielą się na dwie grupy:
1) hadrony. Warto powiedzieć, że charakteryzują się obecnością silnej interakcji. Jednocześnie mogą również uczestniczyć w oddziaływaniach słabych i elektromagnetycznych;
2) leptony. uczestniczyć tylko w oddziaływaniach elektromagnetycznych i słabych;
Według czasu życia wyróżnia się:
a) stabilne cząstki elementarne. Są to elektron, foton, proton i neutrino;
b) quasi-stabilny. Są to cząstki, które rozpadają się w wyniku oddziaływań elektromagnetycznych i słabych. Na przykład do + ® m + +;
c) niestabilny. Οʜᴎ rozpad na skutek silnej interakcji, np. neutron.
Ładunki elektryczne cząstek elementarnych są wielokrotnościami najmniejszego ładunku właściwego elektronowi. Jednocześnie cząstki elementarne dzielą się na pary cząstek - antycząstek, na przykład e - - e + (wszystkie mają te same cechy, a znaki ładunku elektrycznego są przeciwne). Cząsteczki obojętne elektrycznie mają również antycząstki, na przykład P -,- .
Tak więc koncepcja atomistyczna opiera się na koncepcji dyskretnej struktury materii. Podejście atomistyczne wyjaśnia właściwości obiektu fizycznego ͵ na podstawie właściwości jego składników. najmniejsze cząsteczki, które na pewnym etapie poznania uznawane są za niepodzielne. Historycznie takie cząstki rozpoznawano najpierw jako atomy, potem cząstki elementarne, a teraz – kwarki. Trudność tego podejścia polega na całkowitym sprowadzeniu złożonego do prostego, które nie uwzględnia jakościowych różnic między nimi.
Do końca pierwszej ćwierci XX wieku idea jedności struktury makro- i mikrokosmosu była rozumiana mechanicznie, jako pełna identyczność praw i całkowite podobieństwo struktury obu.
Mikrocząstki zinterpretowano jako miniaturowe kopie makrociał, ᴛ.ᴇ. jako ekstremalnie małe kulki (korpuskuły) poruszające się po precyzyjnych orbitach, które są całkowicie analogiczne do orbit planet, z tą tylko różnicą, że ciała niebieskie są połączone siłami oddziaływania grawitacyjnego, a mikrocząstki - siłami oddziaływania elektrycznego.
Po odkryciu elektronu (Thomson, 1897 .), stworzeniu teorii kwantowej (Planck, 1900 .), wprowadzeniu pojęcia fotonu (Einstein, 1905 .) doktryna atomowa nabrała nowego charakteru .
Hostowane na ref.rf
Idea dyskretności została rozszerzona na dziedzinę zjawisk elektrycznych i świetlnych, na pojęcie energii (w XIX wieku doktryna energii służyła jako sfera reprezentacji wielkości ciągłych i funkcji stanu). Najważniejszą cechą współczesnej doktryny atomowej jest atomizm działania. Wiąże się to z faktem, że ruch, właściwości i stany różnych mikroobiektów można skwantować, ᴛ.ᴇ. są wyrażone w postaci dyskretnych wielkości i stosunków. Nowa atomistyka uznaje względną stabilność każdego odrębnego typu materii, jego jakościową pewność, względną niepodzielność i nieodwracalność w pewnych granicach zjawisk naturalnych. Na przykład, będąc podzielnym w pewnym sensie fizycznym, atom jest niepodzielny chemicznie, ᴛ.ᴇ. w procesy chemiczne zachowuje się jak coś pełnego, niepodzielnego. Cząsteczka, która jest chemicznie podzielna na atomy, w ruch termiczny(do pewnych granic) zachowuje się jak całość, niepodzielna itd.
Szczególnie ważne w koncepcji nowej atomistyki jest rozpoznanie wzajemnych przemian dowolnych dyskretnych rodzajów materii.
Różne poziomy organizacji strukturalnej rzeczywistości fizycznej (kwarki, mikrocząstki, jądra, atomy, molekuły, makrociała, megasystemy) mają swoje specyficzne prawa fizyczne. Ale bez względu na to, jak badane zjawiska różnią się od zjawisk badanych przez fizykę klasyczną, wszystkie dane eksperymentalne muszą być opisane za pomocą klasycznych pojęć. Istnieje zasadnicza różnica między opisem zachowania badanego mikroobiektu a opisem działania urządzenia pomiarowe. Wynika to z tego, że działanie przyrządów pomiarowych w zasadzie powinno być opisywane językiem fizyki klasycznej, podczas gdy badany obiekt nie może być opisywany w tym języku.
Podejście korpuskularne w wyjaśnianiu zjawisk i procesów fizycznych zawsze było łączone z podejściem continuum od czasu pojawienia się fizyki interakcji. Wyrażało się to w koncepcji pola i ujawnieniu jego roli w fizyczna interakcja. Przedstawienie pola jako przepływu pewnego rodzaju cząstek (kwantowa teoria pola) i przypisanie właściwości fal do dowolnego obiektu fizycznego (hipoteza Louisa de Broglie) połączyły te dwa podejścia do analizy zjawisk fizycznych.
Słaba interakcja - pojęcie i rodzaje. Klasyfikacja i cechy kategorii „Słaba interakcja” 2017, 2018.
W 1896 roku francuski naukowiec Henri Becquerel odkrył radioaktywność uranu. Był to pierwszy eksperymentalny sygnał o nieznanych wcześniej siłach natury - oddziaływaniu słabym. Teraz wiemy, że siła słaba stoi za wieloma znanymi nam zjawiskami – na przykład bierze udział w niektórych reakcjach termojądrowych, które wspierają promieniowanie Słońca i innych gwiazd.
Nazwę „słabą” nadano temu oddziaływaniu z powodu nieporozumienia - na przykład dla protonu jest on 1033 razy silniejszy niż oddziaływanie grawitacyjne (patrz Grawitacja, Jedność tego rodzaju). Jest to raczej destrukcyjna interakcja, jedyna siła natury, która nie spaja materii, a jedynie ją niszczy. Można ją również nazwać „bez zasad”, ponieważ w destrukcji nie uwzględnia zasad parzystości przestrzennej i czasowej odwracalności, które obserwują inne siły.
Podstawowe właściwości oddziaływań słabych poznano już w latach 30. XX wieku, głównie dzięki pracy włoskiego fizyka E. Fermiego. Okazało się, że w przeciwieństwie do sił grawitacyjnych i elektrycznych, siły słabe mają bardzo mały promień działania. W tamtych latach wydawało się, że w ogóle nie ma promienia działania - interakcja odbywa się w jednym punkcie w przestrzeni, a ponadto natychmiast. Ta interakcja jest wirtualna Krótki czas) zamienia każdy proton jądra w neutron, pozyton w pozyton i neutrino, a każdy neutron w proton, elektron i antyneutrino. W stabilnych jądrach (patrz jądro atomowe) te przekształcenia pozostają wirtualne, podobnie jak wirtualna produkcja par elektron-pozyton lub par proton-antyproton w próżni.
Jeśli różnica mas jąder różniących się ładunkiem o jeden jest wystarczająco duża, te wirtualne transformacje stają się rzeczywiste, a jądro zmienia swój ładunek o 1, wyrzucając elektron i antyneutrino (rozpad elektronu) lub pozyton i neutrino (rozpad pozytonów). Neutrony mają masę o około 1 MeV większą niż suma mas protonu i elektronu. Dlatego wolny neutron rozpada się na proton, elektron i antyneutrino z uwolnieniem energii około 1 MeV. Czas życia wolnego neutronu wynosi około 10 minut, chociaż w stanie związanym, na przykład w deuteronie, który składa się z neutronu i protonu, cząstki te żyją w nieskończoność.
Podobne zdarzenie ma miejsce z mionem (patrz Peptony) - rozpada się on na elektron, neutrino i antyneutrino. Przed rozpadem mion żyje około c – znacznie mniej niż neutron. Teoria Fermiego tłumaczyła to różnicą mas zaangażowanych cząstek. Im więcej energii uwalnia się podczas rozpadu, tym szybciej się dzieje. Uwolnienie energii podczas rozpadu wynosi około 100 MeV, około 100 razy większe niż podczas rozpadu neutronu. Czas życia cząstki jest odwrotnie proporcjonalny do piątej potęgi tej energii.
Jak się okazało w ostatnich dziesięcioleciach, oddziaływanie słabe jest nielokalne, tj. nie występuje natychmiast i nie w jednym punkcie. Według współczesnej teorii oddziaływanie słabe nie jest przekazywane natychmiast, a wirtualna para elektron-antyneutrino rodzi się w c po przejściu mionu w neutrino, a dzieje się to w odległości cm. Ani jednej linijki, ani jednego mikroskopu, oczywiście może mierzyć tak małą odległość, tak jak żaden stoper nie może zmierzyć tak małego odstępu czasu. Jak prawie zawsze, we współczesnej fizyce musimy zadowolić się poszlakami. Fizycy budują różne hipotezy dotyczące mechanizmu procesu i testują wszystkie możliwe konsekwencje tych hipotez. Te hipotezy, które zaprzeczają przynajmniej jednemu wiarygodnemu eksperymentowi, są odrzucane na bok, a nowe eksperymenty mają zweryfikować pozostałe. Proces ten w przypadku oddziaływania słabego trwał około 40 lat, dopóki fizycy nie doszli do wniosku, że oddziaływanie słabe niosą cząstki supermasywne - 100 razy cięższe od protonu. Cząstki te mają spin 1 i nazywane są bozonami wektorowymi (odkryte w 1983 r. w CERN, Szwajcaria - Francja).
Istnieją dwa naładowane bozony wektorowe i jeden neutralny (ikona na górze, jak zwykle, wskazuje ładunek w jednostkach protonowych). Naładowany bozon wektorowy „działa” w rozpadach neutronu i mionu. Przebieg rozpadu mionów przedstawiono na ryc. (powyżej, po prawej). Takie rysunki nazywane są diagramami Feynmana, nie tylko ilustrują proces, ale także pomagają go obliczyć. Jest to rodzaj skróconego wzoru na prawdopodobieństwo reakcji; użyto go tutaj wyłącznie w celach ilustracyjnych.
Mion przekształca się w neutrino, emitując bozon -, który rozpada się na elektron i antyneutrino. Uwolniona energia nie wystarcza do rzeczywistej produkcji bozonu -, więc rodzi się on wirtualnie, czyli przez bardzo krótki czas. W ta sprawa to z. W tym czasie pole odpowiadające bozonowi - nie ma czasu na uformowanie fali lub w inny sposób rzeczywistej cząstki (patrz Pola i cząstki). Powstaje wiązka pola wielkości cm, z której po c rodzi się elektron i antyneutrino.
Dla rozpadu neutronu można by narysować ten sam schemat, ale tutaj już by nas zmylił. Faktem jest, że rozmiar neutronu wynosi cm, czyli 1000 razy więcej niż zasięg sił słabych. Dlatego siły te działają wewnątrz neutronu, w którym znajdują się kwarki. Jeden z trzech kwarków neutronu emituje bozon -, przechodząc do innego kwarka. Ładunki kwarków w neutronie: -1/3, - 1/3 i tak jeden z dwóch kwarków o ładunku ujemnym -1/3 przechodzi w kwark o ładunku dodatnim. Rezultatem będą kwarki z ładunkami - 1/3, 2/3, 2/3, które razem tworzą proton. Produkty reakcji - elektron i antyneutrino - swobodnie wylatują z protonu. Ale to kwark, który emitował bozon -. otrzymał informację zwrotną i zaczął się wprowadzać przeciwny kierunek. Dlaczego nie lata?
Jest utrzymywany przez silną siłę. Ta interakcja przeciągnie jego dwa nierozłączne satelity za kwarkiem, powodując poruszający się proton. Rozpady słabe (związane z oddziaływaniem słabym) pozostałych hadronów zachodzą według podobnego schematu. Wszystkie one sprowadzają się do emisji bozonu wektorowego przez jeden z kwarków, przejścia tego bozonu wektorowego w leptony (i -cząstki) oraz dalszej ekspansji produktów reakcji.
Czasami jednak zdarzają się również rozpady hadronowe: bozon wektorowy może rozpaść się na parę kwark-antykwark, która zamieni się w mezony.
Więc, duża liczba różne reakcje sprowadzają się do interakcji kwarków i leptonów z bozonami wektorowymi. To oddziaływanie jest uniwersalne, to znaczy takie samo dla kwarków i leptonów. Powszechność oddziaływania słabego, w przeciwieństwie do powszechności oddziaływania grawitacyjnego lub elektromagnetycznego, nie doczekała się jeszcze wyczerpującego wyjaśnienia. We współczesnych teoriach oddziaływanie słabe łączy się z oddziaływaniem elektromagnetycznym (patrz Jedność Sił Natury).
Dla łamania symetrii przez oddziaływanie słabe, patrz Parity, Neutrino. Artykuł Jedność sił natury opowiada o miejscu sił słabych w obrazie mikroświata
Słaba siła lub słaba siła jądrowa jest jedną z czterech podstawowych sił występujących w naturze. Odpowiada w szczególności za rozpad beta jądra. Oddziaływanie to nazywane jest słabym, ponieważ pozostałe dwa oddziaływania istotne dla fizyki jądrowej (silne i elektromagnetyczne) charakteryzują się znacznie większą intensywnością. Jest jednak znacznie silniejszy niż czwarta z podstawowych oddziaływań, grawitacyjna. Oddziaływanie to jest najsłabszym z oddziaływań fundamentalnych obserwowanych eksperymentalnie w rozpadach cząstek elementarnych, gdzie efekty kwantowe mają fundamentalne znaczenie. Nigdy nie zaobserwowano kwantowych przejawów oddziaływania grawitacyjnego. Oddziaływanie słabe wyróżnia się według następującej zasady: jeśli w oddziaływaniu uczestniczy cząstka elementarna zwana neutrinem (lub antyneutrinem), to oddziaływanie to jest słabe.
Typowym przykładem słabego oddziaływania jest rozpad beta neutronu
gdzie n to neutron, p to proton, e- to elektron, e to antyneutrino elektronowe.
Należy jednak pamiętać, że powyższa reguła wcale nie oznacza, że każdemu aktowi słabego oddziaływania musi towarzyszyć neutrino lub antyneutrino. Wiadomo, że ma miejsce duża liczba rozpadów bezneutrinowych. Jako przykład możemy zaobserwować proces rozpadu hiperonu lambda na proton p i ujemnie naładowany pion. Za pomocą nowoczesne pomysły Neutron i proton nie są tak naprawdę cząstkami elementarnymi, ale składają się z cząstek elementarnych zwanych kwarkami.
Intensywność oddziaływania słabego charakteryzuje się stałą sprzężenia Fermiego GF. Stała GF jest wymiarowa. Aby utworzyć wielkość bezwymiarową, konieczne jest użycie pewnej masy wzorcowej, na przykład masy protonu mp. Wtedy bezwymiarowa stała sprzężenia będzie
Widać, że oddziaływanie słabe jest znacznie intensywniejsze niż oddziaływanie grawitacyjne.
Oddziaływanie słabe, w przeciwieństwie do grawitacyjnego, jest krótkozasięgowe. Oznacza to, że słabe oddziaływanie między cząstkami wchodzi w grę tylko wtedy, gdy cząstki są wystarczająco blisko siebie. Jeśli odległość między cząstkami przekracza pewną wartość, zwaną charakterystycznym promieniem oddziaływania, oddziaływanie słabe nie ujawnia się. Eksperymentalnie ustalono, że charakterystyczny promień oddziaływania słabego rzędu 10-15 cm, czyli oddziaływania słabego, jest skoncentrowany na odległościach mniejszych niż wielkość jądra atomowego. Chociaż oddziaływanie słabe jest zasadniczo skoncentrowane wewnątrz jądra, ma pewne przejawy makroskopowe. Ponadto oddziaływanie słabe odgrywa ważną rolę w tzw. reakcjach termojądrowych odpowiedzialnych za mechanizm uwalniania energii w gwiazdach. Najbardziej zaskakującą właściwością oddziaływań słabych jest istnienie procesów, w których przejawia się asymetria lustrzana. Na pierwszy rzut oka wydaje się oczywiste, że różnica między pojęciami lewicy i prawicy jest arbitralna. Rzeczywiście, procesy oddziaływań grawitacyjnych, elektromagnetycznych i silnych są niezmienne względem inwersji przestrzennej, która realizuje odbicie lustrzane. Mówi się, że w takich procesach zachowywany jest parzystość przestrzenna P. Jednak eksperymentalnie ustalono, że słabe procesy mogą przebiegać z niezachowaniem parzystości przestrzennej, a zatem wydają się odczuwać różnicę między lewą a prawą stroną. Obecnie istnieją solidne dowody doświadczalne, że brak zachowania parzystości w oddziaływaniach słabych ma charakter uniwersalny i przejawia się nie tylko w rozpadach cząstek elementarnych, ale także w zjawiskach jądrowych, a nawet atomowych. Należy uznać, że asymetria lustrzana jest właściwością Natury na najbardziej podstawowym poziomie.
Inne artykuły:
Zasada antropiczna
Podano więc wystarczająco dużo argumentów naukowych, że jeśli wyjdziemy z oczywistego faktu istnienia inteligentnego życia, to musimy uznać potrzebę nałożenia dobrze zdefiniowanych ograniczeń na podstawowe właściwości…
O ekologicznej plastyczności hydrobiontów
Rośliny i zwierzęta słodkowodne są ekologicznie bardziej plastyczne (eurytermiczne, eurygaleniczne) niż morskie, mieszkańcy stref przybrzeżnych są bardziej plastyczni (eurytermiczne) niż głębinowe. Istnieją gatunki, które mają wąską plastyczność ekologiczną w odniesieniu do...
Zachowania zwierząt w relacjach wewnątrzgatunkowych
Reprodukcyjny kompleks zachowań obejmuje wszystko, co wiąże się z rozmnażaniem zwierząt, dlatego ma ogromne znaczenie dla populacji gatunku, zapewnia jego istnienie w czasie, połączenie pokoleń, mikroewolucję i odpowiednio ...
