Элементарные взаимодействия

Фундаментальные взаимодействия

Фундаментальные взаимодействия - различные, не сводящиеся друг к другу типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.

Элементарные частицы:      1. Лептоны – элементарные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии (электроны, нейтрино, мюон).      2. Адроны - частицы участвующие в сильных, электромагнитных и слабых взаимодействиях. Сегодня известно свыше сотни адронов(протоны, нейтроны).                3. Калибровочные бозоны - частицы переносящие взаимодействие между фундаментальными фермионами (кварками и лептонами).

Основные характеристики частиц: Масса частицы , m. ( от 0 (фотон) до 90 ГэВ (Z-бозон)); Время жизни ; Спин; Электрический заряд.

Фундаментальные взаимодействия: гравитационное; электромагнитное; слабое; сильное.

Гравитационное взаимодействие: Первое лабораторное наблюдение гравитационного притяжения между двумя телами было проведено в 1774 г. шотландецем Невилом Маскелином и в 1797 г. Генри Кавендишом.

Ньютоновская теория всемирного тяготения.

Квантовая гравитация

Слабое взаимодействие:

Если в процессе взаимодействия

участвует элементарная частица, называемая нейтрино

(или антинейтрино),

то данное взаимодействие является слабым.

Слабое взаимодействие: 1054 г. – Сверхновая звезда; 1896 г. - Анри Беккерель открыл радиоактивность; Эрнест Резерфорд - радиоактивные атомы испускают частицы: альфа и бета.

Типичный пример слабого взаимодействия - это бета-распад нейтрона

Условное обозначение слабого взаимодействия:

Электромагнитное взаимодействие:

XVIII—XIX вв. – Б. Франклин, М. Фарадей.

Д. Томсон - существование электрона.

Конец XVI в. - Гильберт - природа магнетизма.

50-е г. XIX в. - Максвелл, объединил электричество и магнетизм в единую теорию электромагнетизма.

Квантовое электромагнитное взаимодействие между зарядами

Сильное взаимодействие: (1973 г.)

Оно занимает первое место по силе и является источником огромной энергии.

Условное изображение сильного взаимодействия:

Фундаментальные взаимодействия:

Рычажные весы:

Создание единой теории фундаментальных взаимодействий

• 1863 г. – Максвелл – теория электромагнетизма.

• 1915 г. – Эйнштейн – общая теория относительности.

• 1967 г. – Салам и Вайтберг – теория электрослабого взаимодействия.

• 1973 г. – теория сильного взаимодействия (квантовая хромодинамика).

= 10 15 ГэВ – единое взаимодействие Е 15 ГэВ – сильное, электрослабое Е~ 10 2 ГэВ – слабое, электромагнитное " width="640"

Модели объединения:

• Великое объединение.

Е = 10 15 ГэВ – единое взаимодействие

Е 15 ГэВ – сильное, электрослабое

Е~ 10 2 ГэВ – слабое, электромагнитное

2.Суперобъединение :

• Теория струн;

• Теория бран;

• М-теория.

Теория струн.

создатели – физики М.Грин и Д.Шварц.

Струны представляют собой отрезки со свободными концами или соединенными в виде восьмерки.

Их размеры - примерно 10 -33 см.

Каждая элементарная частица, согласно теории суперструн, состоит из колеблющегося и тонкого (бесконечно тонкого) волокна, которое физики и назвали струной.

На сегодняшний день у теории суперструн есть следующие теоретические достижения: - она открыла путь к построению теории гравитации; - она позволила объединение в единой математической структуре всех четырех фундаментальных взаимодействий и показала, что это разные проявления одного и того же физического принципа; - она дала возможность разрешить большинство парадоксов, возникающих при конструировании квантовых моделей черных дыр; - она дала новый взгляд на происхождение Вселенной и теорию Большого Взрыва. Однако, все не так просто. Уравнения теории суперструн дают правильные решения только при одном условии - если наше пространство является 11-мерным!