Виды взаимодействий в мире элементарных частиц (Гравитационное и электромагнитное взаимодействие). Виды взаимодействий в мире элементарных частиц

50.Виды взаимодействий в мире элементарных частиц (Гравитационное взаимодействие(ГВ)).

ГВ – осуществляется между телами обладающими массой. Известно гравитационное притяжение, отталкивание не нашли. Массу частицы можно считать типом гравитационного заряда.

1.  При не релятивистских скоростях ГВ описывается законом Ньютона

2.  При скоростях близких к скорости света или в сильных гравитационных полях используется гравитационная теория. Первое из таких теорий была теория относительности Эйнштейна. В настоящее время известно более 200 теорий для релятивистских систем.

ГВ реализуется по средствам обмена квантов гравитационного поля – гравитонов. Т.к. радиус действие ГВ = ∞ то согласно R_вз.=ħ/mc гравитон имеет массу = 0, по теории считается, что спин = 2. Гравитон гипотетическая частица в настоящее время не известна, сколько энергии она переносит, она не открыта.  

В процессии физ. элементарных частиц описывается с помощью диаграмм Фейнмана.

 ~10^-38- интенсивность гравитационного взаимодействия при энергии E ~1 ГэВ

ГВ становится существенным при энергии взаимодействии частиц порядка энергии Планка 

E~E_рс=m_pcc²~10^-19 ГэВ

Максимальная возможная энергия взаимодействия частиц E^max ~ 10³ ГэВ

51. Виды взаимодействий в мире элементарных частиц (электромагнитное взаимодействие )

э/м взаимодействие  происходит между электрическими телами, частицами. Экспериментально установлено, что существует 2 знака электрического заряда «+» и «-» на больших расстояниях разноименные заряды компенсируют друг друга, по этому вселенное электрически нейтрально.

1.В макро физики при скоростях << скорости света. Взаимодействие между заряженными телами определяется законом Кулона. 

 2. При скоростях близких к скорости света взаимодействие описывается с помощью уравнение скорости света ур. Максвелла.

3. на уровне физ. элементарных частиц э/м взаимодействия реализуется по средствам обмена квантов э/м поле – Фотона.

Т.к. радиус действие э/м взаимодействие = ∞ то масса γ - кванта = 0 спин γ- кванта S=1. mγ< 10^-16 эВ

Электрического заряда γ – квант не имеет. Безразмерная константа взаимодействия наз. Постоянноя тонкой структуры~ 1/137~10^-2

- не постоянная, а функция зависящая от энергии взаимодействующих частиц. При энергии порядка 9  ГэВ   ~ 1/129. С ростом энергии увеличивается импульс частиц значит уменьшается расстояние взаимодействия. С уменьшением расстояния интенсивность взаимодействия растет. Теория описывающей взаимодействия элементарных частиц наз. квантовой электродинамикой.

52. Виды взаимодействий в мире элементарных частиц

(Слабое взаимодействия)

Оно наблюдается в мире элементарных частиц. В отличии от гравитационного и электромагнитного  слабое взаимодействия имеет конкретный радиус действия R_вз~10^-16. По этому согласно  R_вз.=ħ/mc можно оценить массу переносчика взаимодействия m~90 ГэВ и действительно экспериментально установлено что слабое взаимодействие переносит 3 промежуточных калибровочных бозона, 2 заряженных W^+,W^- и 1    незаряженного Z⁰ . Бозона это переносчики слабого взаимодействия.

В 1983г. В ЦЕРНе на протон – антипротонным калайдери было открыто 3 бозона и было найдено их масса. M_W≈ 81,8 ГэВ, M_Z≈ 91,2 ГэВ.

 Слабое взаимодействие осуществляется между всеми элементарными частицами

Константа слабого взаимодействия это величина 10^-5. Слабое взаимодействие отвечает за: 1. β- рас        процессы

2.Все взаимодействия с участием нетрино

3. Медленные распады элементарных частиц τ =10^-8 – 10^-13 с.

4. не сохранение пространственной Р, зарядовой С и комбинационной СР, четности.

α – слабого взоим. не является константой а также зависит от энергии частиц ε<<80 ГэВ. α_слаб.< α_е/м

 При энергии E>=80 ГэВ. слабое взаимодействие становится

α_слаб.≈ α_е/м

 Следовательно с точки зрения теории разделять слабое и э/м

взаимодействия не корректно при высоких энергиях. При высоких энергиях оба взаимодействия проявляются как разные составляющие универсального электра слабого взаимодействия

53. Виды взаимодействий в мире элементарных частиц

(Сильное  взаимодействия)

Рассмотрим 2 подхода: 1. сильное взаимод. при энергии порядка 1 ГэВ. Реализуется по средством обмена триплетом π – мезона, π⁺, π ^-, π⁰ это взоимод. между протонами и нейтронами 2 заряженными частицами.

Радиус действие 10^-13см. Масса переносчиков примерно 135-140 МэВ.

2. При энергии много больше 1 ГэВ характерный адронный масштаб, сильного взоим. описывается в терминах глюоны и кварки.

 участники сильного взаимодействия явл. адроны которые состоят из кварков Переносчиками сильного взаимодействия явл. глюоны. С_i – цвет, С_j – антицвет

по аналогии с э/м взоим. зарядом сильного взаимодействия цвет. Существует 3 цвета  или 3 заряда  сильного взаимодействия (Красный, синий, зеленый) и анти(//-//). Сильное это цветовое взаимодействия. Кварки несут заряд сильного взоимод. цвет. Существует 8 глюонов которые представляют собой линейную комбинацию цветов. Глюоны без массовые частицы, в свободном состоянии глюоны и кварки не встречаются.

Согласно  R_вз.=ħ/mc   если масса глюона = 0 то радиус действия = ∞ что не соответствует действительности. Глюоны заряжены и взаимодействуют между собой в результате взаимодействия у них появляется фиктивная масса по порядку вылечены соответствует 100 МэВ что дает радиус действия = 10^-13см или  1 Фм

при энергии взоим. частицы около 1 ГэВ константа сильного взаимодействия  α=1.