Elektromagnetski čestice interakcije

Ovaj članak će gledati na ono što se zove sile prirode - temeljnu elektromagnetske interakcije i načela na kojima je izgrađena. Tu će također biti rečeno o mogućnosti postojanja novih pristupa u proučavanju ove teme. U školi u fizici nastave, studenti se suočavaju s objašnjenjem pojma „sile”. Oni uče da se vlast može biti vrlo raznolik - sila trenja, sila gravitacije, elastičnosti i čvrstoće mnogi slični. Nisu svi od njih može biti pozvan temeljno, kao što je vrlo često pojava sekundarne sile (sila trenja, na primjer, sa svojom interakcijom molekula). Elektromagnetska interakcija može biti sekundarni - kao posljedica. Molekularna fizika daje primjer Van der Waalsove sile. Također daje mnoge primjere i osnovnu fiziku čestica.

U prirodi,

Želim doći do suštine procesa koji se odvijaju u prirodi, kao što nas čini rad elektromagnetsko međudjelovanje. Što točno je temeljna sila koja određuje sve izgradio svoje sekundarne sile? Svatko zna da je elektromagnetsko međudjelovanje, ili, kako ga nazivaju, električna energija je temeljno. O tome svjedoče Coulomb zakonu, koji ima svoju generalizaciju koje proizlaze iz Maxwellove jednadžbe. Nedavna opisati sve prirodno javljaju magnetske i električne snage. To je razlog zašto se ne dokaže da interakcije elektromagnetskih polja - temeljnih sila prirode. Sljedeći primjer - sila gravitacije. Čak i školska djeca znaju o zakonu univerzalne gravitacije Isaaka Nyutona, koji je također nedavno dobio pravilan generalizaciju Einsteinovih jednadžbi, te je, prema njegovoj teoriji gravitacije, sila elektromagnetskog međudjelovanja je od temeljne važnosti u prirodi, previše.

Jednom davno se vjerovalo da postoje samo te dvije fundamentalne sile, ali znanost je došao naprijed, postupno dokazuje da to nije tako. Na primjer, s otkrićem atomske jezgre morali smo uvesti koncept nuklearne energije, odnosno kako razumjeti princip zadržavanje čestica unutar jezgre, zašto oni ne odlete u svim smjerovima. Razumijevanje kako je elektromagnetsko međudjelovanje u prirodi, pomogao mjerenje nuklearnih sila, učiti i opisati. Nakon toga, međutim, znanstvenici su došli do zaključka da nuklearne snage su sekundarne i na mnogim manifestacijama kao što su Van der Waalsove sile. U stvari, samo stvarno fundamentalne sile koje pružaju kvarkove u interakciji jedni s drugima. Onda - sekundarni efekt - je interakcija između elektromagnetskih polja protona i neutrona u jezgri. Zaista temeljni je interakcija kvarkova, gluona su razmijenjeni. Tako je otkrivena u prirodi stvarno treći temeljna snaga.

Nastavak priče

Elementarnih čestica propadanja, teška - na lakši, a njihova propadanja opisuje novu snagu elektromagnetskog međudjelovanja, koji je dobro pod nazivom - snagom slabe interakcije. Zašto siromašni? Zbog elektromagnetske smetnje u prirodi je mnogo jači. I opet, ispostavilo se da je teorija slabe interakcije, tako graciozno krenula na slici svijeta i izvorno savršeno opisuje propadanje elementarnih čestica, ne odražavaju iste postulate, ako se povećava energija. Zato je stara teorija je redizajniran kako bi drugi - teorija slabe interakcije, ovaj put se pokazalo univerzalna. Iako je izgrađen bio je na istim principima kao i ostatak teorije opisuje elektromagnetsku interakciju čestica. U modernim vremenima, postoje četiri studirao i dokazano temeljne interakcije, a peti - na putu, o njemu će doći. Sva četiri - gravitacijska, jak, slab, elektromagnetsko - izgrađene su na jednom principu: Sila koja se stvara između čestica je rezultat dijeljenja Provodi prijevoznika, ili na drugi način - posreduje interakciju.

Kakav asistent? Ovaj foton - bez mase čestica, ali ipak uspješno gradi elektromagnetske smetnje zbog razmjene kvantni elektromagnetskih valova ili svijetlo visinu. Elektromagnetska interakcija provodi fotona u području nabijenih čestica, koje komuniciraju s određenom silom, kao u vrijeme ga i tretira izbiti po Coulombovom zakon. Postoji jedna bez mase čestica - gluon, ima osam sorti, pomaže komunicirati kvarkove. Ova elektromagnetska interakcija je atrakcija između punjenja, a on je rekao da bude jak. Da, i slabe interakcije nije bez posrednika, s kojim čelika čestice s masu više od toga, oni su masivni, koja je teška. Ovaj intermedijarni vektor bozoni. Njihova težina i težina je zbog slabosti interakcije. Gravitacija je sila razmjene kvantno gravitacijsko polje. To je atrakcija elektromagnetske interakcije čestica, to još uvijek nije dovoljno proučavao, čak i graviton eksperimentalno još nije otkriven, a kvantna gravitacija nismo baš tu, i samo zato moramo ga mogu opisati, ali nije.

peta sila

Smatrali smo četiri vrste temeljnih interakcije: jaku, slabu, elektromagnetski, gravitacijske. Interakcija - je čin razmjene čestica, a nema pojma o simetriji ne može učiniti, jer ne postoji interakcija koja nije povezana s njom. Ona određuje broj čestica i njihove mase. S točnim simetrije mase je uvijek nula. Dakle, foton i gluon masa nije, ona je jednaka nuli, gravitone - previše. Ako simetrija je slomljena, masa prestaje biti nula. Dakle, intermedijarni vektor bizon imaju masu, jer simetrija je slomljen. Četiri temeljne interakcije objasnio sve što vidimo i osjećamo. Preostale snage reći da je njihova elektromagnetska sprega je sekundarna. Međutim, u 2012. godini došlo je do proboja u znanosti, te je otkrio još jednu česticu, nekada poznati. Revolucija u znanstvenom svijetu organizira otvorenje Higgsov bozon, koji, kako se ispostavilo, također služi kao nositelj interakcije između kvarkova i leptona.

Zato znanstvenici-fizičari sada kažu da je petina sila, čiji je posrednik ispostavilo se da je Higgsov bozon. Simetrija je slomljena ovdje: od Higgsov bozon ima masu. Tako je broj interakcija (riječ u modernoj fizici čestica zamjenjuje se riječju „sila”) dosegao pet. Možda čekamo novim otkrićima, jer ne znamo točno ako ima još osim tih interakcija. Vrlo je moguće da smo izgradili, a danas ovaj model, to bi savršeno izgledaju objašnjava sve pojave uočene u svijetu, a nije sasvim potpun. A možda, nakon nekog vremena će biti novih interakcije i novu snagu. Vjerojatnost takva postoji barem zato što smo vrlo postupno naučili da su trenutno poznati temeljne interakcije - jake, slabe, elektromagnetsko, gravitacijsko. Uostalom, ako postoji u prirodi supersimetrične čestica, koje se spominju u znanstvenom svijetu, to znači da je postojanje novog simetrije i simetrija uvijek podrazumijeva nastanak novih čestica koje posreduju između njih. Dakle, čujemo od prethodno nepoznatom temeljne sile, kao što je nekad bio iznenađen kako bi saznali da postoje, na primjer, elektromagnetske, slabe interakcije. Znanje u vezi naše vlastite prirode vrlo nepotpun.

međusobne povezanosti

Najzanimljivija stvar je da svaki novi interakcija nužno mora dovesti do potpuno nepoznata pojava. Na primjer, ako nismo naučili o slaboj interakciji, mi nikada ne bi otkrio kolaps, a ako to nije u našem znanju o propadanju, niti jedno istraživanje nuklearne reakcije bi bilo nemoguće. A ako nismo bili svjesni nuklearnih reakcija, ne bi razumjeli kako sunce obasjava nas. Uostalom, ako to nije sjaj, a život na Zemlji ne bi bio formiran. Tako da je prisutnost interakcije ukazuje na to da je od vitalne važnosti. Ako jaka interakcija ne postoji, i atomske jezgre ne bi bio stabilan. Zbog elektromagnetske interakcije Zemlja prima energiju od sunca, a zrake svjetlosti dolaze od njega, zagrijati planet. I sve poznate interakcije bitne. Ovdje Higgs, na primjer. Higgsov bozon daje masu čestica u interakciji s terena, mi smo bez njega ne bi preživjeli. I kako, bez gravitacijske interakcije ostati na površini planeta? Bilo bi nemoguće ne samo za nas, ali ništa.

Apsolutno sve interakcije, čak i one koje još ne znaju, je potrebno da se sve što čovječanstvo zna, razumije i voli tamo. Što možemo znati? Da, mnogo. Na primjer, znamo da je proton je stabilan u jezgri. Vrlo, vrlo važno za nas, to njegova stabilnost, u protivnom isti način ne bi bilo života. Međutim, eksperimenti ukazuju da protona život - vremensku vrijednost ograničen. Duga, naravno, 10 ³⁴ godina. No, to znači da će prije ili kasnije raspasti, a proton, a to će zahtijevati neke nove snage, da je nova interakcija. Od propadanja protoni već postoji teorija koja pretpostavlja novu, mnogo viši stupanj simetrije, dakle, nova interakcija može postojati od kojih ne znamo ništa.

Grand ujedinjenje

Jedinstvo prirode je jedini princip izgradnje svih temeljnih interakcija. Mnoga pitanja postavlja u odnosu na broj njih i objasniti razloge za to određene količine. Verzije ovdje izgradili mnogo, i oni su vrlo različiti u zaključcima. Objasniti prisutnost samo takve broju temeljnih interakcija na sve moguće načine, ali oni su samo jedan princip izgradnje dokaze. Uvijek najviše različite vrste interakcija, znanstvenici pokušavaju spojiti u jednu. Stoga se takve teorije i teorije zove Grand Unified. Kao da je svijet stabla grane: veći broj grana i debla je uvijek isti.

To je zato što su sve te teorije mlaznicama ideju. Korijen svih poznatih interakcija jednog hranjenja prtljažnik, koji je zbog gubitka simetrije počela granati i formirati različite temeljne interakcije, koje možemo promatrati eksperimentalno. Ova hipoteza nije mogla biti potvrđena još, jer je nedostupan danas zahtijeva iznimno visoku energetsku fiziku, eksperimente. Vrlo je moguće, a to je mogućnost da imamo nikada nije u posjedu tih energija. No, oko ovog prepreka je sasvim moguće.

osim

Imamo svemir, prirodni gas, a sve procese koji se odvijaju u njemu, bi bilo moguće provjeriti čak i najsmjelijih hipoteze o zajedničkim korijenima svih poznatih interakcija. Još jedan zanimljiv zadatak razumijevanje interakcije u prirodi je možda čak i složeniji. Potrebno je shvatiti kako se odnositi gravitaciju s ostalim silama prirode. To je temeljno interakcija stoji kao odvojeno, unatoč činjenici da je u skladu s načelom izgradnje ove teorije je sličan svim ostalima.

Einstein je proučavao teoriju gravitacije, pokušavajući ga povezati s elektromagnetizma. Unatoč prividnom stvarnošću da se riješi taj problem, onda je teorija još uvijek nije dogodilo. Sada se čovječanstvo zna malo više, barem znamo o jakim i slabim interakcijama. A ako sada završi izgradnja jedinstvenu teoriju, to će sigurno opet utječe na nedostatak znanja. Dosad nije uspio staviti gravitaciju u rangu s ostalim interakcijama, jer svi poštivati zakone koje diktira kvantne fizike i gravitacije - br. Prema kvantnoj teoriji, sve čestice su kvanti određenog područja. No, kvantna gravitacija ne postoji, barem ne još. Međutim, broj već otkrivenih interakcija ponavlja glasno o tome ne može biti bilo jedna shema.

električno polje

Natrag u 1860, veliki devetnaestog fizičar stoljeća James Clerk Maxwell uspio u stvaranju teorije da objasni elektromagnetsku indukciju. Kada promjena magnetskog polja u određenom trenutku u prostoru električno polje. Ako ovo polje je pronađena zatvoren vodič, indukcija struja teče u električnom polju. Njegova teorija elektromagnetskih polja Maxwell dokazuje da je vjerojatno proces obrnuti: ako promjene u vremenu električno polje u određenom trenutku u prostoru će biti potrebno magnetsko polje. Dakle, bilo koja promjena može uzrokovati različit električnog polja, a može dobiti promjenu električnog izmjeničnog magnetskog polja u magnetskom polju Vrijeme. Te varijable, generirati svaka druga polja u organizaciji jedinstvenog polja - elektromagnetske.

Najvažniji rezultat koji slijedi iz formule Maxwellove teorije - predviđanje da postoje elektromagnetski valovi, tj širenju elektromagnetskih polja u vremenu i prostoru. Izvor elektromagnetskog polja su krećući se ubrzanje električnih naboja. Razliku akustične (elastični) elektromagnetski valovi mogu razmnožavati u bilo kojem materijalu, i u vakuumu. Elektromagnetske smetnje u vakuumu širi brzinom svjetlosti (c = 299 792 km u sekundi). Valna duljina može biti različit. Elektromagnetski valovi iz deset tisuća metara na 0,005 metara - to je radio valovi koje se koriste za prijenos podataka za nas, to je signal za određenu udaljenost bez ikakvih žica. Created radio valovi na visoke frekvencije struje koja teče u antenu.

Što su valovi

Ako je duljina elektromagnetskog zračenja u rasponu od 0.005 do 1 metar mikrometara, to jest oni koji su u području između vidljive svjetlosti i radio valova - je infracrveno zračenje. Njegovi emitiraju svi usijanih tijela: baterije, peći, žarulje sa žarnom niti. Posebni uređaji pretvoriti infracrveno zračenje u vidljivu svjetlost, kako bi se dobila slika predmeta koji se emitiraju, čak u potpunoj tami. Vidljiva svjetlost emitira valnu duljinu od 770 do 380 nanometara - boja postaje od crvene do ljubičaste. Ovaj dio spektra ima za ljudski život najveće važnosti, jer velik dio informacija o svijetu primamo kroz vizije.

Ako je elektromagnetsko zračenje ima valnu duljinu manju od ljubičaste boje je ultraljubičasto svjetlo koje ubija bakterije. X-zrake nisu vidljivi na oku. Jedva apsorbiraju vidljive svjetlosne neprozirne slojeve materijala. Rendgenski dijagnoza bolesti unutarnjih organa ljudi i životinja. Ako elektromagnetskog zračenja se stvara pomoću interakcije elementarnih čestica i emitiraju pobuđenih jezgre dobivene gama zračenja. To je najviše širok raspon elektromagnetskog spektra, jer se ne ograničava na visokim energijama. Gama zračenje može biti mekan i tvrd: energetske prijelaze unutar atomske jezgre - meke, te u nuklearnim reakcijama - kruta. Te zrake lako povući prema dolje molekula i biološke značajke. Velika je sreća da je u atmosferi gama zraka ne može proći. Promatrati gama zrake iz svemira može biti. Na vrlo visokim energijama je elektromagnetsko međudjelovanje širi brzinom blizu svjetlosti: gamma atoma kvanti simpatiju nucleus ih razbije u čestice, raspršenja u različitim smjerovima. Pri kočenju, emitiraju svjetlo, vidljivo u posebnim teleskopima.

Iz prošlosti - u budućnosti

Elektromagnetski valovi, kao što je rečeno, predvidio Maxwell. On je pažljivo proučavao i pokušao da vjeruju u matematici malo naivna slika Faraday, na kojima su prikazivani magnetske i električne pojave. Bilo je Maxwell otkrio nedostatak simetrije. A to je mogao dokazati niz jednadžbi koje se izmjenjuju električna polja stvaraju magnetsko i obratno. To ga je dovelo do vjeruju da takva polja i odvojiti od su vodiči pomiče kroz vakuum s nekim div brzinom. I on je to shvatio. Brzina je bila blizu trohstam tisuća kilometara u sekundi.

To je teorija interakcije i eksperiment. Primjer je otvor kroz koji smo naučili o postojanju elektromagnetskih valova. U to je došao zajedno uz pomoć fizike apsolutno heterogenim koncepata - magnetizma i elektriciteta, kao što je fizički fenomen istim redoslijedom, samo različite strane to su u komunikaciji. Teorije su postavljeni jedan iza drugoga, i svi od njih su usko povezane jedna s drugom: teorija electroweak interakcije, na primjer, gdje je ista pozicija opisao slabe nuklearne sile i elektromagnetski, itd Sve to kombinira kvantne kromodinamika, pokrivajući jake i electroweak interakcije (ovdje, točnosti dok niže, ali operacija se nastavlja). Intenzivno se istražuju područjima kao što fizičari kao kvantne gravitacije i teorije struna.

nalazi

Ispada da je prostor koji nas okružuje u potpunosti prožet elektromagnetskog zračenja: zvijezda i sunca, Mjeseca i drugih nebeskih tijela, ona je sama Zemlja, i svaki telefon u rukama čovjeka, a antena stanice - sve to emitira elektromagnetske valove različitih imena , Ovisno o frekvenciji oscilacije, koje zrači predmet razlikuju infracrveno, radio, vidljivu svjetlost, bio-polje zrake, X-zrake i slično.

Kada se distribuira elektromagnetsko polje, postaje elektromagnetski val. To je jednostavno nepresušan izvor energije, vibrira na električne naboje molekula i atoma. A ako je naboj oscilira, njegovo kretanje se ubrzava, a time i emitira elektromagnetske valove. Ako magnetskih promjena polja, polje je uzbuđen električne vrtlog koji se, pak, pobuđuje magnetsko polje vrtlog. Proces ide kroz svemir, obuhvaćajući jedan bod za drugom.