Základní interakce

Fundamentální interakce , také známé jako fundamentální síly  , jsou kvalitativně odlišné typy interakce mezi elementárními částicemi a tělesy z nich složenými.

Dnes je spolehlivě známa existence čtyř základních interakcí (nepočítáme -li Higgsovo pole ):

V tomto případě jsou elektromagnetické a slabé interakce projevy jediné elektroslabé interakce .

Probíhají pátrání po dalších typech fundamentálních interakcí, a to jak ve fenoménech mikrosvěta, tak v kosmickém měřítku, ale zatím nebyl objeven žádný jiný typ fundamentální interakce (viz Pátá síla ).

V teoriích velkého sjednocení se předpokládá existence elektronukleární síly . Možná je porušení invariance CP způsobeno superslabou interakcí .

Kontingenční tabulka

Interakce Současný popis podle teorie Nabít Částice nosiče Relativní síla [1] Závislost na vzdálenosti Poloměr dopadu ( m )
gravitace Obecná teorie relativity (GR) Hmotnost Graviton (hypotetický) jeden ∞
Slabý Teorie elektroslabé interakce (TEV) Slabý isospin W + -, W - - a Zo -bosony 10 25 10 −18
elektromagnetické Kvantová elektrodynamika (QED) Elektrický náboj Foton 10 36 ∞
silný Kvantová chromodynamika (QCD) barevný náboj Gluony 10 38 10 −15

Historie

Newton ve svém druhém zákoně (1687 [2] ) postuloval, že důvodem změny pohybu těles je síla . Fyzici znali širokou škálu sil: gravitaci , napětí závitu, sílu stlačení pružiny , sílu nárazu tělesa , třecí sílu , sílu odporu vzduchu , sílu výbuchu atd.

Studie 18.-19. století vedly k objevu atomové struktury hmoty a ukázalo se, že veškerá rozmanitost těchto sil je výsledkem vzájemného působení atomů. Protože hlavním typem meziatomové interakce  je elektromagnetická , pak, jak se ukázalo, většina těchto sil jsou jen různé projevy elektromagnetické interakce . Jednou z výjimek je například gravitace, která je způsobena gravitační interakcí těles s hmotou .

Na začátku 20. století se tedy ukázalo, že všechny tehdy známé síly byly zredukovány na dvě základní interakce: elektromagnetickou a gravitační.

Ve 30. letech 20. století fyzici zjistili, že jádra atomů jsou tvořena nukleony ( protony a neutrony ). Ukázalo se, že ani elektromagnetické ani gravitační interakce nemohou vysvětlit, co udržuje nukleony v jádře. Existence nové základní síly byla postulována: silná síla . Později se však ukázalo, že ani to k vysvětlení některých jevů v mikrokosmu nestačí. Zejména nebylo jasné, co způsobuje rozpad volného neutronu . Pak se předpokládala existence slabé interakce a ukázalo se, že to stačí k popisu všech dosud pozorovaných jevů v mikrokosmu.

Po objevu Higgsova bosonu bylo Higgsovo pole někdy označováno jako pátá základní síla [3] .

Vytvoření jednotné teorie fundamentálních interakcí

První z teorií interakcí byla teorie elektromagnetismu , kterou vytvořil Maxwell v roce 1863 . V roce 1915 pak Einstein formuloval obecnou teorii relativity , popisující gravitační pole . Objevila se myšlenka sestrojit jednotnou teorii základních interakcí (z nichž byly v té době známy pouze dvě), stejně jako se Maxwellovi podařilo vytvořit obecný popis elektrických a magnetických jevů . Taková jednotná teorie by sjednotila gravitaci a elektromagnetismus jako konkrétní projevy určité jednotné interakce.

Během první poloviny 20. století se řada fyziků pokusila vytvořit takovou teorii, ale nebyl předložen žádný zcela uspokojivý model. To je způsobeno zejména tím, že obecná teorie relativity a teorie elektromagnetismu jsou v podstatě odlišné. Gravitace je popsána zakřivením časoprostoru a v tomto smyslu je gravitační pole podmíněně nehmotné (empiricky nediskrétní) , ale stejně jako jiné formy interakce se šíří maximální povolenou rychlostí světla (viz . Gravitační rychlost ), zatímco elektromagnetické pole jsou všechny nezbytné vlastnosti hmoty .

Ve druhé polovině 20. století byl úkol sestrojit jednotnou teorii komplikovaný nutností zavést do ní slabé a silné interakce a také nutností teorii kvantovat .

V roce 1967 Salam a Weinberg vytvořili teorii elektroslabé interakce , která kombinovala elektromagnetismus a slabé interakce. Později v roce 1973 byla navržena teorie silné interakce ( kvantová chromodynamika ). Na jejich základě byl sestaven Standardní model elementárních částic, který popisuje elektromagnetické, slabé a silné interakce.

Experimentální ověření Standardního modelu spočívá v objevení částic a jejich vlastností jím předpovězených. V tuto chvíli byly objeveny všechny elementární částice Standardního modelu.

Základní interakce tedy v současnosti popisují dvě obecně přijímané teorie: obecná teorie relativity a standardní model . Jejich sjednocení zatím nebylo dosaženo kvůli potížím s vytvořením kvantové teorie gravitace . K dalšímu sjednocení základních interakcí se používají různé přístupy: teorie strun , smyčková kvantová gravitace a také M-teorie .

Hypotéza o počtu základních fyzikálních interakcí – proč v přírodě přesně takový počet interakcí, o kterých se předpokládá, že existují – byla předložena relativně nedávno na Moskevské státní univerzitě . Předpokládá se, že počet základních interakcí závisí na tvaru koeficientu tlumení v uvažovaných oscilačních rovnicích. Nekomutativní struktura tohoto koeficientu zároveň svědčí ve prospěch existence Higgsova pole jako zásadní interakce [4] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Přibl. Pro přesnější hodnotu síly v závislosti na částici a její energii viz Vazební konstanta .
  2. ↑ Isaac Newton, „ Matematické principy přírodní filozofie “.
  3. ↑ Fyzika elementárních částic. Dmitrij Kazakov, Valerij Rubakov 1. část. Dmitrij Kazakov. Fantasy Fifth Force and Unified Theory Archived 19. července 2014 na Wayback Machine .
  4. ↑ Andrey Angorsky O počtu základních fyzických interakcí Archivováno 12. června 2020 na Wayback Machine

Odkazy

 Základní interakce
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích