Sähkömagneettinen vuorovaikutus hiukkasia

Tässä artikkelissa tarkastellaan, mitä kutsutaan luonnonvoimia - perustavanlaatuinen sähkömagneettinen vuorovaikutus ja periaatteet, joihin se on rakennettu. Mukana on myös kerrottu mahdollisuudesta olemassaolosta uusia lähestymistapoja tutkimus tästä aiheesta. Koulussa fysiikan luokissa, opiskelijat joutuvat selitys käsitteen "voima". He oppivat, että teho voi olla hyvin erilaisia - kitkavoiman, painovoima, elastisuus ja vahvuus monia vastaavia. Niitä kaikkia ei voidaan kutsua perustavaa laatua, koska on hyvin usein ilmiö toisen voiman (kitkavoima, esimerkiksi, sen vuorovaikutus molekyylien). Sähkömagneettinen vuorovaikutus voi myös olla toissijainen - seurauksena. Molekyylifysiikka antaa esimerkin, Van der Waalsin voima. Antaa myös useita esimerkkejä ja alkeishiukkasfysiikka.

Luonnossa

Haluaisin päästä ydin prosessit luonnossa esiintyvät, koska se tekee meidät toimimaan sähkömagneettisen vuorovaikutuksen. Mikä on keskeinen voima, joka määrittää kaikki rakennettu toissijaisen voimansa? Kaikki tietävät, että sähkömagneettinen vuorovaikutus, tai kuten sitä kutsutaan, sähköteho on olennaista. Tästä on osoituksena Coulombin laki, jolla on oma yleistys johtuvia Maxwellin yhtälöt. Viimeaikaiset kuvaamaan kaikkia luonnossa esiintyviä magneettisia ja sähköisiä voimia. Siksi on osoitettu, että vuorovaikutus sähkömagneettisten kenttien - perustavanlaatuinen luonnonvoimia. Seuraavassa esimerkissä - painovoimaa. Edes koululaiset tietävät lain yleisen gravitaatio Isaaka Nyutona, joka myös viime aikoina saanut asianmukaista yleistys Einsteinin yhtälöiden, ja mukaan hänen teorian painovoima, voiman sähkömagneettisen vuorovaikutuksen on perustavanlaatuinen luonteeltaan myös.

Olipa kerran uskottiin, että on olemassa vain nämä kaksi perustavanlaatuista voimia, mutta tiede astui esiin, vähitellen osoittaa, että se ei ole niin. Esimerkiksi löytämisen atomiytimen jouduimme käyttöön käsite ydinvoiman tai miten ymmärtää säilyttämisen periaate hiukkasten tuman sisällä, miksi he eivät lennä pois kaikkiin suuntiin. Ymmärtäminen sähkömagneettinen vuorovaikutus luonnossa, on auttanut mittaamaan ydinaseiden, opiskella ja kuvata. Sittemmin tutkijat tulivat siihen tulokseen, että ydinvoima voimat ovat toissijaisia ja monissa ilmenemismuotoja kuten Van der Waalsin voima. Itse asiassa vain todella perustavanlaatuinen voimat, jotka tarjoavat kvarkit vuorovaikuttavat toistensa kanssa. Sitten - toissijainen vaikutus - on vuorovaikutusta sähkömagneettisten kenttien protonien ja neutronien tumassa. Todella perustavanlaatuinen on vuorovaikutusta kvarkit, gluonit vaihdetaan. Näin löydettiin luonnossa on todella kolmas perustavanlaatuinen voima.

Jatkoa tarina

Alkeishiukkaset rappeutuminen, raskas - kevyempi, ja niiden hajoaminen kuvaa uutta vahvuus sähkömagneettinen vuorovaikutus, joka on hyvin nimetty - voiman heikko vuorovaikutus. Miksi huono? Koska sähkömagneettisten häiriöiden luonnossa on paljon vahvempi. Ja vielä, kävi ilmi, että teoria heikkojen vuorovaikutusten, niin sulavasti laivaan kuvan maailmasta ja alunperin kuvaa täydellisesti rappeutuminen alkeishiukkasten, eivät heijasta samaa pääperiaatetta, jos energia kasvaa. Siksi vanha teoria on uudistettu toiseen - teorian heikko vuorovaikutus, tällä kertaa osoittautunut universaali. Vaikka se oli rakennettu oli samoilla periaatteilla kuin muukin kuvaavasta teoriasta sähkömagneettinen vuorovaikutus hiukkasia. Nykyaikana on neljä tutkittu ja todistettu perusvuorovaikutusta, ja viides - matkalla, hänestä se tulee. Kaikki neljä - painovoiman, vahvoja ja heikkoja, sähkömagneettiset - on rakennettu yhdelle periaate: voiman hiukkasten välistä on seurausta jakamisen Toteutetaan kantaja, tai muuten - välittävät vuorovaikutusta.

Millainen avustaja? Tämä fotoni - ilman hiukkasten massa, mutta kuitenkin onnistuneesti perustuu sähkömagneettisen häiriön vuoksi vaihtaa kvantti sähkömagneettisia aaltoja tai valokvantin. Sähkömagneettinen vuorovaikutus suoritetaan fotonit alalla varautuneita hiukkasia, jotka ovat yhteydessä tietyllä voimalla, koska kun se ja käsittelee Coulombin lain. On yksi luksoni - gluoni, siinä on kahdeksan lajikkeita, se auttaa kommunikoimaan kvarkkien. Tämä sähkömagneettinen vuorovaikutus on kahden varauksen väliseen vetovoimaan, ja sen sanotaan olevan vahva. Kyllä, ja heikko vuorovaikutus ei ole ilman välittäjiä, joiden kanssa teräshiukkaset jonka massa enemmän, ne ovat massiivisia, että on raskasta. Tämä välituote vektori bosonit. Niiden paino ja paino johtuu heikkous vuorovaikutusta. Painovoima on vaihto kvantti painovoimakentän. Tämä on vetovoima sähkömagneettisen vuorovaikutuksen partikkelien, se ei kuitenkaan riitä tutkittu, jopa Gravitoni kokeellisesti ei ole vielä havaittu, ja kvanttigravitaatio emme ole aivan siellä, ja vain koska meillä on kuvata sitä ei voi vielä.

viides voima

Mietimme neljänlaisia perusvuorovaikutusta: vahvoja ja heikkoja, sähkömagneettiset, painovoiman. Vuorovaikutus - on teko vaihtoa hiukkasia, eikä ajatus symmetriaa ei voi tehdä, koska ei ole vuorovaikutusta, joka ei liity siihen. Se määrittää hiukkasten lukumäärä ja niiden massa. Tarkka symmetriaa massa on aina nolla. Joten, fotoni ja gluoni massa ei ole, se on yhtä kuin nolla, Gravitoni - liikaa. Jos symmetria on rikki, massa lakkaa olemasta nolla. Siten, välituote vektori biisoneihin on massa, koska symmetria on rikki. Neljä perusvuorovaikutusta selitti kaiken, että me nähdä ja tuntea. Jäljellä voimat sanoa, että niiden sähkömagneettinen kytkentä on toissijainen. Kuitenkin vuonna 2012 oli läpimurto tieteen ja havaittiin toinen hiukkanen, kun tunnetaan. Vallankumous tiedeyhteisössä on järjestetty aukon Higgsin bosoni, joka, kuten kävi ilmi, toimii myös kantoaallon välisestä vuorovaikutuksesta kvarkkien ja leptoneista.

Siksi tutkijat-fyysikot nyt sanoa, että siellä oli viidesosa voima, välittäjä joista osoittautui Higgsin bosoni. Symmetria rikkoutuu tässä: alkaen Higgsin bosoni on massa. Siten vuorovaikutusten määrä (sanan nykyaikaisessa hiukkasfysiikan korvataan sanalla "pakottaa") on saavuttanut viisi. Ehkä odotamme uusia löytöjä, koska emme tiedä tarkalleen, onko edes erillään näistä yhteisvaikutuksista. On hyvin mahdollista, että olemme rakentaneet, ja nyt tämä malli, se näyttäisi täysin selittää kaikki havaitut ilmiöt maailmassa, ja ei ole aivan täydellinen. Ja ehkä jonkin ajan kuluttua tulee uusia vuorovaikutuksia ja uutta voimaa. Todennäköisyys tällaisten on ainakin koska olemme hyvin vähitellen tietää, että on olemassa tällä hetkellä tiedossa perusvuorovaikutukset - vahvoja ja heikkoja, sähkömagneettinen, painovoiman. Loppujen lopuksi, jos on luonteeltaan supersymmetriset hiukkaset joita käsitellään tiedemaailmassa, se tarkoittaa, että on olemassa uusi symmetria, ja symmetria liittyy aina uusien hiukkasten, jotka välittävät niiden välillä. Niinpä kuulemme aiemmin tuntematon perustavanlaatuinen voima, sillä kun oli yllättynyt kuullessani, että on olemassa, esimerkiksi sähkömagneettisen, heikko vuorovaikutus. Tietämys oman luonteeltaan hyvin puutteellisia.

yhteenliitettävyyttä

Mielenkiintoisin asia on, että kaikki uudet vuorovaikutus on välttämättä johda täysin tuntematon ilmiö. Esimerkiksi jos emme olisi oppineet heikko vuorovaikutus, emme olisi koskaan löytäneet romahtaa, ja jos se ei tietomme rappeutuminen, ei tutkimus ydinreaktorit olisi ollut mahdotonta. Ja jos emme olleet tietoisia ydinreaktioita, eivät ymmärrä, miten aurinko paistaa meille. Loppujen lopuksi, jos se ei loistaa, ja elämä maapallolla ei olisi muodostunut. Joten läsnäolo vuorovaikutuksen ilmoittaa, että se on erittäin tärkeää. Mikäli vahva vuorovaikutus ei ole olemassa, ja atomiytimen ei olisi vakaa. Johtuen sähkömagneettinen vuorovaikutus maapallon vastaanottaa energiaa auringosta, ja valonsäteet saapuvat häneltä, lämmin planeetta. Ja kaikki tunnetut vuorovaikutukset ovat välttämättömiä. Täällä Higgs, esimerkiksi. Higgsin bosoni tarjoaa hiukkasmassasta vuorovaikutuksessa kentän, olemme ilman sitä ei olisi selvinnyt. Ja miten, ilman painovoiman vuorovaikutusta pysymään pinnalla planeetan? Olisi mahdotonta ei vain meille, mutta mitään lainkaan.

Ehdottomasti kaikki vuorovaikutukset, jopa ne, jotka emme vielä tiedä, on oltava kaikkea, ihmiskunta tietää, ymmärtää ja rakastaa siellä. Mitä voimme tietää? Kyllä, paljon. Esimerkiksi tiedämme, että protoni on vakaa ydin. Hyvin, hyvin tärkeää meille, tämä sen vakaus, muuten samalla tavalla ei olisi elämää. Kuitenkin kokeet viittaavat siihen, että protoni elämä - aika-arvo rajallinen. Pitkä, tietenkin, 10 ³⁴ vuotta. Mutta se tarkoittaa, että ennemmin tai myöhemmin hajoaa, ja protonin, ja tämä edellyttää joitakin uusia voima, joka on uusi vuorovaikutusta. Lahosuojaus protonit jo teoria, joka olettaa uuden, paljon suurempi symmetria siis uusi vuorovaikutus voi olla olemassa, joista emme tiedä mitään.

Grand yhdistymisen

Yhtenäisyyttä luonto on ainoa periaate rakennettaessa perusvuorovaikutusta. Monet kysymyksiä suhteessa osa niistä ja perustelee tätä erityisesti määrän. Versiot rakennettu täällä monia, ja ne ovat hyvin erilaisia tehtyjä päätelmiä. Selittävät läsnäolo vain sellainen määrä perusvuorovaikutusta kaikin mahdollisin tavoin, mutta ne ovat vain yhden periaatteen rakennuksen todisteita. Aina kaikkein erilaisia vuorovaikutuksia, tutkijat yrittävät sulautua yhdeksi. Siksi tällaisten teorioiden ja teorioiden nimeltään Grand Unified. Kuin maailma oksat: useita oksat ja runko on aina sama.

Tämä johtuu siitä, että kaikki nämä teoriat yhdistävä ajatus. Juuri kaikkien tunnettujen vuorovaikutusten yhden ruokinta runko, joka johtuu menetys symmetria alkoi sektoreita ja muodostettu eri perusvuorovaikutukset, joka voidaan havaita kokeellisesti. Tämä hypoteesi ei voitu vahvistaa vielä, koska se vaatii erittäin paljon energiaa fysiikan, kokeita saavuttamattomissa tänään. On hyvin mahdollista, ja tämä on vaihtoehto, joka meillä koskaan ole hallussaan näitä energioita. Mutta ympärillä este on täysin mahdollista.

erilleen

Meillä on universumin luonnollinen kaasupoljin, ja kaikki prosessit, jotka tapahtuvat sen mahdollistavat tarkistaa jopa rohkein hypoteeseja yhteisiä juuria kaikki tunnettuja yhteisvaikutuksia. Toinen mielenkiintoinen tehtävä ymmärtää vuorovaikutusten luonnossa on ehkä vieläkin monimutkaisempi. On välttämätöntä ymmärtää, miten suhteuttaa painovoiman muiden luonnonvoimia. Tämä on perusvuorovaikutus seisoo sen erikseen, vaikka periaatteen mukaisesti rakentamisen tämä teoria on samanlainen kaikille muille.

Einstein tutki teoria painovoiman yrittää liittää sen sähkömagnetismi. Huolimatta näennäisestä todellisuuden ratkaista tämä ongelma, niin teoria ei ole vielä tapahtunut. Nyt ihmiskunta tietää hieman enemmän, ainakin tiedämme vahvat ja heikot vuorovaikutukset. Ja jos nyt koko rakentamisen yhtenäistä teoriaa, se varmasti vaikuttaa jälleen tiedon puute. Tähän asti ei kyennyt ratkaisemaan painovoima samalla tasolla muiden vuorovaikutuksia, koska kaikki noudattaa lakeja sanelee kvanttifysiikan ja painovoima - no. Mukaan quantum theory, kaikki hiukkaset ovat quanta tietyn kentän. Mutta kvanttigravitaatio ei ole, ainakaan vielä. Kuitenkin määrä jo löytäneet vuorovaikutusten toistaa kovaan ääneen, mikä ei voi olla ainoa järjestely.

sähkökenttä

Takaisin vuonna 1860 suuressa yhdeksännentoista vuosisadan fyysikko James Clerk Maxwell onnistunut luomaan teoria selittää sähkömagneettisen induktion. Kun muutos magneettikentän tiettyyn pisteeseen tilassa sähkökentän. Jos tämä kenttä on havaittu, suljettu johdin, induktio virtaa sähkökentässä. Hänen teoriansa sähkömagneettisten kenttien Maxwell osoittaa, että todennäköisesti käänteinen prosessi: jos muutos aikaan sähkökenttä tiettyyn pisteeseen tilassa tarvitaan magneettikentän. Joten mikä tahansa muutos voi aiheuttaa vaihtelevan sähkökentän, ja voi saada muutoksen sähkö- vaihtuvan magneettikentän magneettikentässä aikaa. Nämä muuttujat, tuottavat toisilleen aloilla järjestämä yhtenäiskentästä - sähkömagneettiset.

Tärkein tulos joka seuraa kaavojen Maxwellin teoria - ennustus, että on sähkömagneettisia aaltoja, eli etenevä sähkömagneettinen kenttä aikaa ja tilaa. Lähde sähkömagneettisen kentän liikkuu kiihtyvyyden sähkövarauksia. Toisin kuin akustisen (elastinen) sähkömagneettiset aallot voivat edetä missä tahansa materiaalia, jopa alipaineessa. Sähkömagneettisia häiriöitä vakuumissa etenee kanssa valon nopeudella (c = 299 792 km sekunnissa). Aallonpituus voi olla erilainen. Sähkömagneettisia aaltoja kymmenen tuhatta metriä 0005 metriä - tämä on radioaaltoja, joita käytetään informaation lähetykseen meille, että on signaali tietyn matkan ilman johtoja. Luotu radioaaltoja suurtaajuisen virran, joka virtaa antennin.

Mitkä ovat aallot

Jos pituus sähkömagneettisen säteilyn välillä 0,005 mikrometristä 1 metri, toisin sanoen ne, jotka ovat alueella välillä näkyvän valon ja radioaaltojen - on infrapunasäteilyä. Hänen päästää kaikki lämmitetty elimet: akut, liedet, hehkulamput. Erikoislaitteita muuntaa infrapunasäteilyn näkyvää valoa, jolloin saatiin esineiden kuvia, jotka lähettävät sen, vaikka absoluuttinen pimeässä. Näkyvä valo säteilee aallonpituus 770-380 nanometriä - väri muuttuu punaisesta violettiin. Tämä osa spektristä on ihmiselämän äärimmäisen tärkeää, koska suuri osa tietoa maailmasta saamme läpi visio.

Jos sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus on vähemmän kuin violetti väri on UV-valo, joka tappaa bakteereja. X-säteet eivät ole näkyvissä silmälle. Ne tuskin absorboi näkyvää valoa läpinäkymätön materiaalikerroksia. Röntgen diagnosoitu sairauksien sisäelinten ihmisille ja eläimille. Jos sähkömagneettinen säteily on vuorovaikutuksen tuottaman alkeishiukkasten ja emittoiman kiihtynyt ydinten saatu gamma-säteilyä. Tämä on kaikkein laaja sähkömagneettisen spektrin, koska se ei ole rajoitettu korkea energioita. Gamma-säteily voi olla pehmeä ja kova: energia siirtymiä atomiytimet - pehmeä, ja ydinreaktioissa - jäykkä. Nämä säteet helposti vetää alas molekyylejä ja biologisia ominaisuuksia. Suuri onni, että ilmakehässä gammasäteilyä ei pääse läpi. Tarkkailla gammasäteilyä tila voi olla. Erittäin suurilla energioilla sähkömagneettinen vuorovaikutus etenee nopeudella lähellä valo: gammakvanttien murskata tuma-atomia, rikkomatta niitä alas hiukkasia, sironta eri suuntiin. Jarrutettaessa ne säteilevät valoa, näkyvää erityisissä kaukoputket.

Menneisyydestä - tulevaisuus

Sähkömagneettisia aaltoja, kuten on sanottu, ennustettu Maxwell. Hän huolellisesti tutkittu ja yrittivät uskoa matematiikan hieman naiivi kuvia Faradayn, johon magneettisia ja sähköisiä ilmiöitä kuvattu. Se oli Maxwell löysi epäsymmetria. Ja että hän pystyi todistamaan useita yhtälöitä, jotka vuorottelevat sähkökentät tuottaa magneetti- ja päinvastoin. Tämä johti hänet uskoa, että kentät ja irrota johtimet siirretään läpi tyhjiön joidenkin giant nopeus. Hän tajunnut sitä. Nopeus oli lähellä trohstam tuhansia kilometrejä sekunnissa.

Se on vuorovaikutusta teoriaa ja kokeilua. Eräs esimerkki on aukko, jonka kautta olemme oppineet, että on olemassa sähkömagneettisten aaltojen. Siinä kokoontuivat avulla fysiikan täysin heterogeeninen käsitteet - magnetismi ja sähkö, koska se on fysikaalinen ilmiö samaa luokkaa, vain eri puolille on muodostettu. Teoriat on järjestetty peräkkäin, ja ne kaikki ovat läheistä sukua toisilleen: teoria sähköheikko vuorovaikutus, esimerkiksi, jossa sama kanta kuvataan heikko ydin- voima ja sähkömagneettiset, jne. Kaikki tämä yhdistyy Kvanttikromodynamiikka, joka kattaa vahva ja sähköheikon vuorovaikutukset (tässä, tarkkuus kun taas pienempi, mutta toiminta jatkuu). Intensiivisesti muun fyysikkojen kuten kvanttigravitaatio ja säieteorian.

tulokset

On käynyt ilmi, että ympäröivä tila meille täysin täynnään sähkömagneettinen säteily: tähdet ja aurinko, kuu ja muut taivaankappaleet, se on maapallo, ja jokainen puhelin käsissä mies, ja antenni asemat - kaikki tämä lähettää sähkömagneettisia aaltoja eri nimiä . Riippuen taajuuden värähtelyjä, joka säteilee objektin eroavat infrapuna, radio, näkyvää valoa, bio-kentän säteet, X-säteet ja vastaavat.

Kun sähkömagneettinen kenttä on jaettu, siitä tulee sähkömagneettisen aallon. Se on yksinkertaisesti ehtymätön energialähde, värisemään sähkövarauksen molekyylien ja atomeja. Ja jos maksu värähtelee, sen liike kiihtyy, ja siksi lähettää sähkömagneettisia aaltoja. Jos magneettikenttä muuttuu, kenttä viritetään sähköllä pyörteen mikä puolestaan kiihottaa magneettisen pyörre kentän. Prosessi siirtyy avaruuden läpi, käsittää yhden pisteen toisensa jälkeen.